ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к вибросейсмической технике и может быть использовано в качестве генератора колебаний в виброисточниках большой мощности, предназначенных для промыслового вибровоздействия на нефтегазовые месторождения и сейсморазведки недр с земной поверхности.

Известен вибратор по а.с. СССР 320311, В 06 В 1/16, В 28 В 1/08, опубл. в БИ 34 за 1971 г., содержащий корпус, полые валы с закрепленными на них посредством клеммных зажимов дебалансами и сегментными вкладышами внутри, подшипники и шестерни. При ослаблении затяжки болтов клеммных зажимов производят разворот дебалансов относительно сегментных вкладышей на любой заданный угол, после чего вновь затягивают болты клеммных зажимов. Таким образом осуществляется регулировка статического момента вибратора.

Существенный недостаток известного вибратора - невозможность реализации на его основе мощных вибровозбудителей сейсмического класса. Это обусловлено, во-первых, низкой надежностью клеммных зажимов при действии больших динамических нагрузок в машинах с тяжелыми дебалансами и, во-вторых, существенной зависимостью необходимого усилия затяжки болтов клеммных зажимов от трудно поддающихся учету внешних факторов - температуры окружающего воздуха, влажности, попадания смазки на сопрягаемые поверхности валов и разрезных втулок, шероховатости сопрягаемых поверхностей и т.п. При этом для разворота на валах тяжелых крупногабаритных дебалансов с клеммными зажимами вручную необходим дополнительный обслуживающий персонал, а механизация разворота дебалансов существенно усложняет конструкцию вибратора, что технически и экономически нецелесообразно.

Известен вибровозбудитель по а.с. СССР 1804916, В 06 В 1/16, опубл. в БИ 12 за 1993 г., включающий приводной вал, установленные на нем внутренний и наружный эксцентрики, из которых наружный установлен подвижно в окружном направлении относительно внутреннего, снабженного фланцем. При этом эксцентрики выполнены в виде втулок с резьбой на обращенных друг к другу поверхностях, а во фланце внутреннего эксцентрика установлены упорные винты с возможностью взаимодействия с торцом внешнего эксцентрика.

Регулировка статического момента вибровозбдителя осуществляется поворотом наружного эксцентрика относительно внутреннего на резьбовой поверхности последнего. Для этого освобождаются от затяжки упорные винты во фланце внутреннего эксцентрика и контргайка. Освобожденный от обжатия с торцов осевыми усилиями контргайки и упорных винтов наружный эксцентрик поворачивают относительно внутреннего на заданный угол, после чего вновь затягивают контргайку и упорные винты. Вышеописанная многооперационная регулировка статического момента с торцевым стопорением эксцентриков в тяжелых вибромашинах и особенно в вибровозбудителях с приводными двухопорными валами в корпусе крайне неудобна из-за ограниченности доступа к расположенным по торцам эксцентриков контргайке и упорным винтам. Причем, из-за больших габаритов эксцентриков таких машин приходится использовать специальные крупногабаритные контргайки и тяжелый инструмент для их вращения, а также рычажно-механические устройства для поворота наружных эксцентриков, что снижает эксплуатационные качества вибровозбудителя, удорожает его изготовление.

Стопорение наружного эксцентрика на резьбе эксцентрика внутреннего трением от действия осевых усилий при затяжке контргайки и упорных винтов не является надежным в мощных вибраторах с тяжелыми эксцентриками из-за высоких моментов инерции последних, особенно в период разгона или торможения приводного вала. Таким образом, известный вибровозбудитель не может служить базовой моделью для реализации мощных вибраторов сейсмического класса.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является вибровозбудитель по а.с. СССР 1768321, В 06 В 1/16, опубл. в БИ 38 за 1992 г., содержащий корпус, размещенный в нем приводной вал, неподвижный и подвижный дебалансы, центры масс которых расположены в плоскости, перпендикулярной оси приводного вала, охватывающую приводной вал втулку, установленную с возможностью вращения вокруг оси и установленный соосно с приводным валом регулировочный винт с вилкой и подшипником на ее концах. Неподвижный дебаланс выполнен в виде закрепленного на приводном валу и охватывающего его стакана и закрепленной на его внутреннем торце массы, а подвижный дебаланс - в виде закрепленного на втулке и каоксиально стакану диска и закрепленной на нем со стороны, обращенной ко дну стакана, второй массы.

Расположение центров масс дебалансов вибровозбудителя в общей плоскости, перпендикулярной оси приводного вала, достигается существенным усложнением конструкции дебалансов и не избавляет корпус вибровозбудителя от действия момента сил в плоскости оси приводного вала. Это обусловлено тем, что опорные части дебалансов - ступица стакана и втулка с закрепленным на ней диском - конструктивно могут размещаться каждая на приводном валу только вблизи одного из его подшипников. В результате этого даже при небольшом разведении дебалансов (фазовый угол ϕ>0) возникает пара диаметрально противоположных по направлению сил с плечом, равным расстоянию между центрами опорных частей дебалансов - втулки с закрепленным на ней диском и ступицы стакана. Момент этой пары сил, каждая из которых является составляющей центробежных возмущающих сил дебалансов, сообщается через опорные подшипники и корпус вибровозбудителя на виброизлучающую платформу виброисточника. В мощных вибровозбудителях вибросейсмического класса центробежные возмущающие силы дебалансов и их составляющие достигают значений нескольких десятков тонн. Действие момента такой пары сил вызывает паразитные боковые в виде качаний колебания виброисточника, которые искажают и частично подавляют продуктивные вертикально направленные виброимпульсы, излучаемые платформой в грунтовое полупространство, что существенно снижает эффективность вибровоздействия. Раскачивающие виброисточник паразитные боковые колебания приводят также к росту амплитуды его вибрации, что увеличивает инерционные нагрузки на излучающую платформу, вибровозбудитель и узлы крепления его к платформе. При этом снижается долговечность вибровозбудителя и виброисточника в целом.

Другим существенным недостатком известного вибровозбудителя является сложность конструкции осевого механизма разворота дебалансов для регулирования статического момента машины. Необходимость применения для реализации такого механизма удлиненного трехопорного приводного вала, поступательно движущихся вдоль его оси сервоэлементов в виде вилки с подшипником, резьбовых втулок с упругим элементом в качестве узлов силовой передачи резко снижает эксплуатационную надежность и уровень ремонтопригодности вибровозбудителя, затрудняет его техническое обслуживание. Существенно удлиняется корпус вибровозбудителя, что повышает его металлоемкость и делает невозможным приведение центра масс машины в плоскость действия центробежных возмущающих сил дебалансов без специальных противовесов и т.п. специальных конструктивных элементов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности вибровоздействия за счет исключения генерации паразитных боковых колебаний, а также улучшение эксплуатационных качеств за счет упрощения конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в вибровозбудителе, содержащем корпус, размещенный в нем приводной вал с жестко закрепленным на нем и охватывающим его цилиндрическим остовом с дебалансами постоянного статического момента внутри, центры масс которых лежат в общей плоскости, перпендикулярной оси приводного вала, согласно техническому решению в цилиндрическом остове размещен дополнительный дебаланс с изменяемым статическим моментом, выполненный в виде радиально смонтированного и взаимодействующего с приводным валом регулировочного винта с установленным на нем посредством резьбовой втулки равноплечим коромыслом. Каждое плечо последнего подвижно, соединено с одним из двух дебалансов постоянного статического момента, свободно опертых на внутреннюю поверхность цилиндрического остова.

Применение в качестве механизма разведения дебалансов дополнительного дебаланса с изменяемым статическим моментом в виде радиально смонтированного в цилиндрическом остове и взаимодействующего с приводным валом регулировочного винта с равноплечим коромыслом, которое установлено на регулировочном винте посредством резьбовой втулки и подвижно соединено каждым плечом с одним из двух дебалансов постоянного статического момента, позволяет реализовать компактную, вмещающуюся в габариты цилиндрического остова и конструктивно простую систему регулирования статического момента вибровозбудителя. При этом существенно упрощается техническое обслуживание машины, повышается эксплуатационная надежность и уровень ее ремонтопригодности, уменьшаются габариты и металлоемкость.

Отсутствие непосредственной связи приводного вала с дебалансами постоянного статического момента, свободно опертыми на внутреннюю поверхность цилиндрического остова, обеспечивает равномерное, геометрически выгодное приложение нагрузки на приводной вал в точках, расположенных вблизи его опорных подшипников, и полностью исключает возникновение момента пары сил, действующих в плоскости оси приводного вала. Таким образом, исчезает источник генерации паразитных боковых колебаний, передающихся вибровозбудителем на излучающую платформу и искажающих продуктивные вертикально направленные в грунтовое полупространство виброимпульсы, что существенно повышает эффективность вибровоздействия, обеспечивая высокую нефтеотдачу обрабатываемых вибрацией нефтегазовых пластов.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показан фрагмент общего вида вибровозбудителя; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Вибровозбудитель (фиг.1) включает приводной вал 1 с опорными подшипниками 2, смонтированными в корпусе 3 и снабженными крышками 4. На приводном валу 1 смонтирован цилиндрический остов в виде, например, цилиндрической оболочки 5 со ступицами 6, закрепленными к приводному валу 1 шпонками 7 и имеющими каждая обод 8 и боковые отверстия 9. Внутри цилиндрической оболочки 5 цилиндрического остова между ступицами 6 размещены два симметричных по форме дебаланса 10 постоянного статического момента (m=const) каждый. Дебалансы 10 имеют проушины 11 со сквозными пазами 12 (фиг.2) и своей внешней поверхностью свободно оперты изнутри на ободы 8 ступиц 6 цилиндрического остова. Между боковыми поверхностями дебалансов 10 и ступицами 6 на приводном валу I установлены дистанционные шайбы 13.

В центральной диаметральной плоскости цилиндрической оболочки 5 цилиндрического остова смонтирован дополнительный дебаланс с изменяемым статическим моментом в виде регулировочного винта 14 и установленного на нем посредством резьбовой втулки 15 равноплечего коромысла 16. Смонтированный радиально в цилиндрической оболочке 5 цилиндрического остова регулировочный винт 14 своим сферическим концом 17 уперт, например, в сферическое радиальное поднутрение 18 приводного вала 1, а на другом конце снабжен буртиком 19 и головкой 20 (фиг. 2) под ключ. Буртик 19 регулировочного винта 14 входит в проточку 21 накладки 22, закрепленной на плоском срезе 23 цилиндрической оболочки 5 болтами 24 со стопорными шайбами 25. Равноплечее коромысло 16 каждым плечом подвижно соединено с одним из двух дебалансов 10 постоянного статического момента, например, посредством двухподвижной кинематической пары, образованной сквозным пазом 12 проушины 11 и вставленной в сквозной паз 12 осью 26 равноплечего коромысла 16.

Вибровозбудитель работает следующим образом.

В исходном положении, когда дебалансы 10 постоянного статического момента касаются друг друга боковыми сторонами (фиг.2), а коромысло 16 находится в крайнем нижнем положении, статический момент вибровозбудителя имеет максимальное значение. Для уменьшения величины статического момента, например, при необходимости работать с максимальным значением возмущающей силы на более высокой частоте, вибровозбудитель останавливают и производят регулировку статического момента. С этой целью вращают регулировочный винт 14 ключом за головку 20 в направлении, при котором резьбовая втулка 15 перемещается вверх. При этом равноплечее коромысло 16 поднимается вверх и осями 26 через сквозные пазы 12 проушин 11 разворачивает дебалансы 10 постоянного статического момента, которые скользят по ободам 8 ступиц 6 цилиндрического остова. По мере разворота дебалансов 10 постоянного статического момента их результирующий статический момент падает, а противоположный результирующему статический момент дополнительного дебаланса с изменяемым статическим моментом растет за счет подъема вверх по оси регулировочного винта 14 равноплечего коромысла 16 с резьбовой втулкой 15. При подъеме равноплечего коромысла 16 на высоту Н (фиг.2), когда коромысло 16 достигнет плоского среза 23 цилиндрической оболочки 5, суммарный статический момент вибровозбудителя достигнет нулевого значения.

Для увеличения статического момента от нулевого до максимального значения изменяют направление вращения регулировочного винта 14, что приводит к опусканию вниз резьбовой втулки 15 с равноплечим коромыслом 16 и сведению дебалансов 10 постоянного статического момента вплоть до описанного выше исходного положения.

Контроль и техническое обслуживание трущихся пар механической системы дебалансов вибровозбудителя осуществляется через боковые отверстия 9 ступиц 6 цилиндрического остова.

Широкий диапазон регулирования статического момента вибровозбудителя, осуществляемый простой по конструкции механической системой из трех дебалансов, позволяет реализовать высокочастотные режимы вибровоздействия, труднодостижимые в известных вибросейсмических средствах большой мощности.

Использование: в качестве генератора колебаний в виброисточниках большой мощности, предназначенных для промыслового вибровоздействия на нефтегазовые месторождения, а также сейсморазведки недр с земной поверхности. Вибровозбудитель содержит корпус, размещенный в нем приводной вал с жестко закрепленным на нем и охватывающим его цилиндрическим остовом с дебалансами постоянного статического момента внутри, центры масс которых лежат в общей плоскости, перпендикулярной оси приводного вала. В цилиндрическом остове размещен дополнительный дебаланс с изменяемым статическим моментом, выполненный в виде радиально смонтированного и взаимодействующего с приводным валом регулировочного винта с установленным на нем посредством резьбовой втулки равноплечим коромыслом, каждое плечо которого подвижно соединено с одним из двух дебалансов постоянного статического момента, свободно опертых на внутреннюю поверхность цилиндрического остова. Технический результат: повышение эффективности вибровоздействия за счет исключения генерации паразитных боковых колебаний и улучшение эксплуатационных качеств за счет упрощения конструкции. 2 ил.

Вибровозбудитель, содержащий корпус, размещенный в нем приводной вал с жестко закрепленным на нем и охватывающим его цилиндрическим остовом с дебалансами постоянного статического момента внутри, центры масс которых лежат в общей плоскости, перпендикулярной оси приводного вала, отличающийся тем, что в цилиндрическом остове размещен дополнительный дебаланс с изменяемым статическим моментом, выполненный в виде радиально смонтированного и взаимодействующего с приводным валом регулировочного винта с установленным на нем посредством резьбовой втулки равноплечим коромыслом, каждое плечо которого подвижно соединено с одним из двух дебалансов постоянного статического момента, свободно опертых на внутреннюю поверхность цилиндрического остова.