ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H04R1/44 H04R17/00 

Изобретение относится к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям и предназначено для использования в гидроакустике и для интенсификации технологических процессов, в частности при добыче нефти.

Известен электроакустический преобразователь стержневого типа, включающий пьезокерамический стержень - пакет продольно поляризованных, электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб, излучающую и тыльную накладки и армирующий элемент - стяжку [1]. Преобразователь стержневого типа отличается простотой конструкции, но не может быть применен в случаях, требующих высокой интенсивности излучения, из-за низкой надежности элементов армирования и герметизации.

Наиболее близким аналогом является пьезопреобразователь, включающий пакет из пьезокерамических шайб, накладки, армирующий стержневой элемент и герметизирующий корпус [2].

Преобразователь применяется в гидроакустике и технологических процессах. Однако надежность и коэффициент полезного действия устройства ограничены необходимостью применения для его герметизации полимерных материалов, имеющих меньшую механическую добротность, чем остальные элементы конструкции. Надежность устройства ограничена также наличием в пьезоэлементах пазов для подпайки выводов, где концентрируются динамические механические напряжения.

Заявляемый в качестве изобретения электроакустический преобразователь позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия и надежность устройства и применить его в гидроакустических системах, системах жидкофазной ультразвуковой обработки и системах интенсификации добычи текучих сред из скважин, для которых характерно ограничение подводимой мощности.

Указанный технический эффект достигается тем, что в электроакустическом преобразователе, содержащем пакет электрически соединенных параллельно пьезоэлементов, накладки и элемент армирования, элемент армирования представляет собой осесимметричную оболочку, расположен снаружи пакета пьезоэлементов и снабжен на концах внутренними резьбами разных направлений, а накладки снабжены соответствующими наружными резьбами.

Создание электроакустического преобразователя стало возможным благодаря новой конструкции армирующего элемента и новому принципу его механического соединения с накладками. В предлагаемой конструкции элемент армирования одновременно выполняет функцию корпуса, защищающего пьезокерамический пакет от внешней среды, что существенно повышает надежность и коэффициент полезного действия устройства. Надежность устройства повышается также в результате расположения электрических соединений внутри пьезопакета, куда выступают контактные прокладки, расположенные между пьезоэлементами, не вызывающие концентрации динамических напряжений. Элемент армирования может быть выполнен в виде сильфона для уменьшения температурных изменений армирующих усилий. Резьбы на концах элемента армирования имеют разное направление, что позволяет избежать тангенциальных механических напряжений в пьезопакете при его механическом соединении с накладками и, следовательно, повышает его надежность.

Таким образом, новой конструкцией элементов устройства и совмещением ими функций достигается основной технический эффект изобретения: существенное повышение надежности и коэффициента полезного действия.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами: фиг. 1 и 2. На фиг.1 изображен общий вид электроакустического преобразователя. На фиг.2 показано механическое соединение нескольких преобразователей.

Устройство содержит пакет пьезоэлементов 1, накладки 2 и 3 и элемент армирования 4. Элемент армирования 4 механически соединен с накладками 2 и 3 резьбой и одновременно выполняет функцию герметизирующего корпуса. Резьбы на концах элемента армирования 4 имеют разное направление. Пьезоэлементы в пакете 1 электрически соединены параллельно. Пакет 1 через герметичный разъем 5 подключен к генератору электрических колебаний 6.

В системах интенсификации добычи текучих сред из скважин, с целью получения радиального акустического поля большой ширины, возможно последовательное механическое соединение нескольких электроакустических преобразователей с симметричными излучающими накладками. Это соединение осуществляется выполнением накладок соседних преобразователей попарно заодно в виде катушек, с коническими излучающими поверхностями, превращающими продольное акустическое поле в радиальное. На фиг.2 показан пример скважинного излучателя, собранного из нескольких заявляемых преобразователей при помощи накладок 7, механически соединенных резьбой с элементами армирования 4, имеющими форму сильфона. Торцы излучателя оснащены наконечником 8 для герметизации и герметичным разъемом 5 для подсоединения к генератору.

Устройство работает следующим образом. Электроакустический преобразователь осуществляет электромеханическое и механоакустическое преобразование энергии. Электрические колебания от внешнего генератора 6 преобразуются колебательной системой, состоящей из пакета пьезоэлементов 1, накладок 2 и 3 и элемента армирования 4, в механические колебания. Механическая энергия, в свою очередь, излучается в среду, создавая в ней звуковое давление и колебательную скорость.

Направленное излучение предлагаемого электроакустического преобразователя может быть использовано в гидроакустике. Перспективно применение устройства в системах интенсификации добычи нефти, так как акустическое воздействие на скважину и нефть прочищает поры нефтяного слоя и разжижает нефть, тем самым способствуя увеличению нефтеотдачи скважины. Преимущества предлагаемого электроакустического преобразователя: высокий коэффициент полезного действия и высокая надежность, - позволят более широко и эффективно использовать метод акустического воздействия на пласт как метод, альтернативный технологически сложным и экологически опасным методам интенсификации.

Источники информации
1. Мезон У. Физическая акустика, т.1, ч. А, М., Мир, 1966, стр. 298-302.

2. Богородский В.В. и др. Подводные электроакустические преобразователи. Расчет и проектирование. Справочник. Л., Судостроение, 1983, стр. 84-87.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователям. Предложен электроакустический преобразователь, содержащий элемент армирования и пакет электрически соединенных параллельно пьезоэлементов, а также герметичный электрический разъем для подключения к генератору электрических колебаний, накладки и герметизирующую оболочку, при этом элемент армирования представляет собой осесимметричную герметизирующую оболочку, расположен снаружи пакета пьезоэлементов и снабжен на концах внутренними резьбами разных направлений, а накладки снабжены соответствующими наружными резьбами. В результате повышается надежность и, как следствие, в целом коэффициент полезного действия преобразователя. 2 ил.

Электроакустический преобразователь, содержащий элемент армирования и пакет электрически соединенных параллельно пьезоэлементов, герметичный электрический разъем для подключения к генератору электрических колебаний, накладки и герметизирующую оболочку, отличающийся тем, что элемент армирования представляет собой осесимметричную герметизирующую оболочку, расположен снаружи пакета пьезоэлементов и снабжен на концах внутренними резьбами разных направлений, а накладки снабжены соответствующими наружными резьбами.