Сейсмический вибратор

Сейсмический вибратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1,) 744404

Сокзз Советскик

Социапнстмческик

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву,— (5! )М. Кд. (22) Заявлено 01.03.78 (21) 2586440/18-25 с присоединением заявки М

G 01 Ч 1/14

Государственный комитет

СССР (28) Приоритет— (53) УДК550,834 (088.8) Опубликовано 30 06 80. Бюллетень щ 24

Дата опубликования описания 30.06.80 ло делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. Н. Дмитриев

Ульяновский политехнический институт (7I ) Заявитель (54) СЕЙСМИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР

Изобретение относится к элементам конструкции устройств для генерирования сейсмической энергии и предназначено для применения в частотном методе геофизических исследований, а также может найти применение для вибрационных исследований крупных строительных конструкций, плотин и т.д.

Известно устройство на базе центробежных вибраторов, обеспечивающих постоянный уровень силы при переменной частоте вибраций (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является сейсмический вибратор, содержащий рабочее основаf ние с расположенными над ними, по крайней т5 мере, четырьмя электродвигателями с дебалансами на валах, причем электродвигатели подключены к электрнческбй сети с возможностью вращения в противоположные стороны с различной скоростью в каждой паре (2).

В известных вибраторах частота колебаний изменяется скоростью вращения, а квадратичное возрастание силы каждого дебаланса при увеличении скорости вращения компенсируется

2 или фаэовым рассогласованием дебалансов, или применением компенсирующих масс.

Недостатками известных устройств являются повышенная опасность в эксплуатации, что объясняется наличием дебалансных масс в большим кинематическим моментом, величина которого выбирается из заданного уровня силы на минимальной частоте. При работе на высоких частотах, центробежная сила от каждого дебаланса достигает огромных значений, и требует применения специальных средств техники, безопасности (защитные ограждения, необходимость работы обслуживающего персонала в безопасных зонах и тд.); низкие энергетические показатели, обусловленные необходимостью работы электродвигателей на низких скоростях вращения, т.е. на низких частотах питающей сети. Однако известно,. что с увеличением частоты улучшаются все энергетические показатели электрооборудованиядвигателей, источника питания и системы управ° r ления, а именно, с;повышением частоты пропор- ционально растет мощность в тех же габаритах двигателей и источника питания, а главное—

Вращение заслонки 12 от управляемого электродвигателя 13 происходит со скоростью вращения двигателей 1, 2, 3 и 4, причем фаза является открытой, когда высокочастотная. сила направлена вверх, и закрыта, когда эта си11 передается сила только в момент закрытой заслонки, при направлении силы вниз, При отрабочему основанию 11 передается только один полупериод изменения высокочастотной силы, а другой полупериод демпфируется свободным перемещением поршня и инертной массы 7. 3ается на 180 . Заслонка периодически закрывается, когда высокочастотная сила направлена правление движения инертной массы 7 относительно рабочего основания 11 при этом изменяется на противоположное. В итоге, рабочему пение частоты вибраций достигается изменением соотношения частот источников питания 5 нием частоты одного источника питания и равным уменьшением у другого источника пита3 744404 4 уменьшаются потери по сравнению с режимом вращаются с различной скоростью, при этом работы на низких частотах; частота колебания остается прежней, однако трудность поддержания заданного уровня си- амплитуда силы изменяется от нуля в момент, лы, вызванная тем, что на высоких частотах когда силы от вибродвигателей 1 и 2, а также сила от каждого дебаланса в десятки раз пре- 3 и 4 взаимно компенсируются, и до максимувышает заданный уровень силы и незначитель5 ма, когда эти силы суммируются, т.е. создаютное отклонение дебапансов от их заданного от- ся так называемые "биения"с низкой частотой носительного расположения вызывает резкое от- (фиг. 2). клонение силы от заданного уровня. Полученные низкочастотные биения от инерт. Цель изобретения — повышение энергетичес-, ной массы 2 передаются рабочему основанию 11 ких показателей использования электрооборудо- посредством поршня 8 и гидравлических камер ваниЯ, повышение точности поддеРжаниЯ задан- 9 и 10 ного уровня силы и повышения безопасности работ.

Поставленная цель достигается тем, что элект15 родвигатели с дебалансами на валах установлены на дополнительно введенной инерционной массе, вращения электродвигателя 13 относительно связанной с рабочим основанием посредством двигателей 1, 2, 3 и 4 такова, что заслонка механического коммутирующего устройства, позволяющего управлять направлением движения

20 инертной массы относительно рабочего основа- ла направлена вниз. Тогда рабочему основанию ния; что механическое коммутирующее устройство выполнено в виде замкнутой гидравлической системы, жестко установленной на рабочем крытой заслонке высокочастотная сила перемеосновании и через поршень жестко связанной щает инертную массу 7 вверх. Таким образом

25 с инертной массой, причем камеры гидравлической системы связаны подвижной заслонкой с приводом от дополнительно введенного управляемого электродвигателя.

На фиг. 1 приведен сейсмический вибратор; тем, в момент равенства силы нулю, фаза вра30 на фиг. 2 — зависимость амплитуды возбужда- щения управляемого электродвигателя изменяемого сигнала во времени.

Сейсмический вибратор содержит четыре синхронных двигателя 1, 2, 3 и 4 с дебаланса- вверх и открывается, когда она направлена ми на валах. Причем двигатели 1 и 2 подклю- вниз. Таким образом, сила от инертной массы

35 чены к различным источникам питания регули- передается рабочему основанию только при наруемой частоты 5 и б с возможностью враще- правлении высокочастотной силы вверх, а нания в одну сторону (показано стрелками). Двигатели 3 и 4 также подключены к разным источникам питания регулируемой части 5 и 6, 40 но с возможностью вращения в противополож- основанию передаются синусоидальные низконую сторону относительно,двигателей 1и2. частотньм колебания с частотой биений. ИзмеСинхронные двигатели установлены на инертной массе 7, которая жестко соединена с поршнем 8. ГидРавлические камеРы 9 и 10 жестко . и 6 и частотой изменения фазы вращения электзакреплены на рабочем основании 11 и связа- родвигателя 13., 45 ны между собой посредством подвижной за- Постоянство амплитуды силы при изменеслонки 12, приводимой во вращение управля- нии частоты биений (таким образом и частоты емым электродвигателем 13. сейсмических колебаний) достигается увеличеСейсмический вибратор работает следуницим образом.

После запуска двигателей 1, 2, 3 и 4 при ния. одинаковой частоте источников питания 5 и 6 Очевидно, что механическое коммутирующее дебалаисы возбуждают колебания с частотой . устройство, позволяющее управлять направленипитаницей сети, при этом амплитуда силы неиэ- ем движения инертной массы относительно раменна. При изменении частоты источников пи55 бочего основания может быть другого исполнетания, например, при увеличении частоты у ния; например, в виде электромагнитного устисточника 5 и таком же уменьшении частоты ройства или устройства в виде кинематических у источника 6, двигатели 1 и 2, а также 3 и 4 связей, позволяющих осуществить управление

5 74 направлением движения инертной массы относительно рабочего основания.

В заключение приведем расчетньй данные известного (2) и предложенного вибратора, предназначенные для решения одной задачи.

Пусть необходимо в диапазоне 1 — 10 Гц обеспечить синусоидальную силу в 4 т.

Известное устройство содержит четыре электродвигателя, с дебалансами и компенсаторами на валах, вращающихся в противоположные стороны, Кинематический момент mqR выбирается из условия обеспечения силы на частоте 1 Гц, т.е. я= 6,28 1/сек. 15

4m@ßû = 4 т = 40000 Н

Отсюда

m0R = 40000 „, 250 к1м

4 ° 6,28

Тогда на частоте 10 Гц сила от одного дебаланса будет составлять:

F = 250 кГм (6,28 10) = 1000000 Н = 100 т.

Для получения силы в бдну тонну необходима сила от компенсатора — 99 т. — Мощность двигателей от частоты зависит по формуле

Р=М2Ф, где М вЂ” момент, зависящий от габаритов двигателя. Таким образом, на низких частотах для получения заданной мощности сейсмических ко- 30 лебаний необходимо увеличивать габариты дви гателя. То же можно сказать и об источниках питания. Кроме того, на низких частотах возрастает влияние активного сопротивления статора, что вызывает увеличение активных потерь и снижение КПД.

Точность поддержания постоянного уровня силы достигается смещением компенсирующей массы; При этом отклонение величины смещения от заданной всего на 1% вызывает изменение силы на 1%, что составляет 0,99 т или 99% от величины заданной силы — 1 т, Практически обеспечить в условиях вибраций смещение компенсатора весом в сотни кГ с точностью выше 1% является весьма трудной задачей, поэтому величина силы и известного вибратора в большой степени зависит от случайных факторов — амплитуды колебаний подпружиненного компенсатора на направляющей (при резонансе амплитуда может достигать больших значений), трения в паре компенсаторнаправляющая,: стабильности параметров пружины или системы пружин и тд.

Предложенный сейсмический вибратор:

4 электродвигателя — средняя частота сети—

100 Гц, ю= 628 1/сек.

Кинематический момент выбирается из усло вия обеспечения заданной силы и частоты вращения двигателей, 4те Яы 40000 Н

m0R = = . 0,025 кГм.

4 (628) 4 400000

При работе на частоте 100 Гц, мощность развиваемыми двигателями: превышает мощ-,, ность на частоте 1 Гц в 100 раз и на частоте

10 Гц — в 10 раз.

Средняя частота источников питания 100 Гц.

Для получения частоты биений 10 Гц, необходимо увеличить частоту у одного источника до

105 Гц и уменьшить у другого источника до .

95 Гц. При этом амплитуда силы останется неизменной. Аналогично получаем любую друтую частоту в диапазоне 1 — 10 Гц, при этом точность поддержания заданного уровня силы определяется только точностью поддержания частоты источников питания. У современных промышленных источников отклонение частоты от заданной не превьйцает 0,5 — 1%.

Сравнивая расчетные данные, можно сделать следующие выводы;

Применение известного вибратора (2) для решения поставленной задачи требует использования дебалансов с кинематическим моментом в 10. 000 раз большим, чем у предлагаемого вибратора. При этом сила от дебаланса в известном вибраторе на.частоте 10 Гц,составляет 100 т, что превышает силу дебалаисов у предлагаемого вибратора в 100 раз. Кроме того, компенсирующая масса создает усилие в 99 тонн. Таким образом, у известного вибратора конструкции дебалансов, направляющих и компенсирующих масс должны быть рассчитаны на силу до 100 тонн и требуют применения специальных средств техники безопасности. У предложенного вибратора, несмотря на большую скорость вращения, вследствие очень маленькой величины дебалансов и меньшей силы достаточно использование обычных защитных фланцев, используемых у промышленных вибродвигателей.Применение предложенного вибратора, вследствие большей по сравнению с известным частотой питания позволяет повысить энергетические показатели электрооборудовайия.

Применение предложенного вибратора позволяет обеспечить достаточно высокую точность поддержания постоянного уровня силы, в то время как у известного вибратора (2) сила является функцией многих нестабильных факторов и может изменяться в широких пределах.

Следует также отметить, что предложенный вибратор может обеспечивать не только постоянный уровень силы, но и любой другой закон изменения силы независимо от изменения частоты.

ЦНИИПИ Заказ 3784/9 Тираж 649 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 держания заданного уровня силы и повышения безопасности работ, электродвигатели с дебалансами на валах установлены на дополнительно введенной инертной массе, связанной с рабочим основанием посредством механического коммутирующего устройства, позволяющего управлять формула изобретения

1. Сейсмический вибратор, содержащий рабочее основание с расположенными над ним, по крайней мере, четырьмя электродвигателями с дебалансами на валах, причем электродвигатели подключены к электрической сети с возмож " ностью вращения в противоположные стороны с различной скоростью в каждой паре, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей использования электрооборудования, повышения точности под4404 8 направлением движения инертной массы относительно рабочего основания.

2. Вибратор по и. 1. о т л н ч а ю щ и йс. я тем, что механическое коммутирующее устройство выполнено в виде замкнутой гидравлической системы, жестко установленной на рабочем основании и через поршень жестко связанной с инертной массой, причем камеры гидравлической системй связаны подвижной заслон1р кой с приводом от дополнительно введенного управляемого электродвигателя.

Источники информации„ принятые во внимание при экспертизе

1. Дмитриев В. Н. Разработка и исследование синхронных двигателей для сейсмических вибраторов. Диссертация, Томск, 1975;

2. Патент США У 3, 244, 252, кл. 181 — 5, опублик. 1966 (прототип) .