DE2332134C3 - Hydraulischer Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen - Google Patents

Description

mit niedriger Schwerpunktiage aus, und der vom Vibrator auf den Erdboden ausgeübte Druck bleibt ohne (Einfluß auf die Einstellung der Schwingmasse. Die Schwingmasse bedarf einer Zentrierung lediglich mit ,'Rücksicht auf ihr Eigengewicht, und sie un tcrliegt keiner Beeinflussung durch die Vibratoraufhängung und die

#Jiedcrhaltekraft, Die Zufuhr an inkompressiblem "Hydraulikfluid für die Zentrierung der Schwingmasse ist (daher fest vorgegeben und verlangt keine eigene Einstellung für jeden Einsatz, Die Lage von Ausgleichszylinder und Vibratorzylinder zur Schwingmasse bedingt, daß auf die Schwingmasse keins axial versetzten •Kräfte zur Einwirkung kommen können, FOr die Verbindung des Ausgleichszylinders mit der Schwingmasse und für seine Versorgung mit Hydraulikfluid bedarf es keiner zusätzlichen mechanischen Teile und keiner gesonderten Anschlußschläuche und Steuereinrichtungen, Das dem Ausgleichszyllinder zugeführte Hydraulikfluid hat nur das konstante und von vornherein bekannte Gewicht der Schwingmasse aufzufangen und auf die Ringschulter an) Ständer abzuleiten, die insoweit einen einfach wirkenden Kolben

^darstellt. Der für das Hydraulikf'uid im Ausgleichszylin-

^"der einzuhaltende Druck kann daher eine konstante

■ Größe aufweisen, und es bedarf somit keiner zusätzlichen Druckfluidquelle, da unter konstantem Druck stehendes Hydraulikfluid im Antriebssystem für den Vibrator verfügbar ist und von dort abgezweigt werden kann.

Im Ergebnis vereinigt ein erfindungsgemäß ausgebildeter Vibrator in sich also die Vorteile eines einfachen und wartungsarmen Aufbaus und eines störungsfreien und meßtechnisch optimalen Betriebs.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels für einen hydraulischen Vibrator

'.veranschaulicht, von dem eine teilweise geschnittene Seitenansicht gezeigt ist.

Der dargestellte Vibrator 10 besteht im Grundaufbau aus einem Rahmen 12, in dem ein Ständer 14 in vertikaler Stellung befestigt ist, auf dem wiederum eine Schwingmasse 16 in vertikaler Richtung bewegbar

, montiert ist.

Für den Rahmen 12 sind eine große Anzahl von Ausführungsformen möglich, im aligemeinen besitzt er jedoch eine Grundplatte 18 und eine Deckplatte 20, die

-über einen die Schwingmasse 16 mit Abstand umgebenden Mantel 22 miteinander verbunden sind.

Der Ständer 14 besieht aus einer unteren Kolbenstange 24, deren unteres Ende mit der Grundplatte 18 verbunden ist, einer oberen Kolbenstange 26, deren $0 oberem Ende an der Deckplatte 20 befestigt ist, und einem zwischen den beiden Kolbenstangen 24 und 26 angeordneten und sie im Querschnitt übertreffenden, doppelt wirkenden Antriebskplben 28. Der Antriebsteilen 28 wird gleitend von eineni Vibratorzylinder 30 umgeben, der zentral in die Schwingmasse 16 ^eingearbeitet ist. Der Antriebskolben 28 kann im übrigen jede beliebige übliche Ausführung aufweisen

- und beispielsweise mit Kolbenringen und Dichtungen

- versehen sein, die zu seiner gleitenden, aber fluiddichten &> Abdichtung im Inneren des Vibratorzylinders 30 führen. Koaxial zum Vibratorzylinder 30 enthält die Schwingmasse 16 oberhalb und unterhalb davon je eine vertikale Bohrung, in denen die obere Kolbenstange 26 bzw. die untere Kolbenstange 24 durch die Schwingmasse 16 hindurchgehen, wobei wiederum in üblicher Weise für eine gleitende, aber fluiddichte Abdichtung dazwischen gesorgt ist.

Dem Vibratoraylimler 30 kann Hydraulikfluid ab' wechselnd auf beiden Seiten des Antriebskolbens 28 über radiale Stichkanülc 32 bzw, 34 zugeführt werben, die durch die untere Kolbenstangc TA bzw, die obere Kolbenstange 26 hindurchgehen und unterhalb bzw. oberhalb des Antriebskolbens 28 in den Vibratorzylinder 30 einmünden, Jm Inneren der Kolbenstangen 24 bzw, 26 sind die Stichkanäle 32 und 34 an je einen den Stander 14 in axialer Richtung durchquerenden Vcrtikalkanal 3$ bzw, 38 angeschlossen, Nach oben und aus dem Ständer 14 heraus finden die Vertikalkanäle 36 und 38 ihre Fortsetzung in je einem Anschlußkanal 40 bzw, 42, die durch die Deckplatte 20 hindurchgehen und zu einem Steuerventil 44 führen, das unter Betätigung durch eine geeignete elektrische Steuerung die FMdversorgung des Vibratorzylinders 30 beherrscht. Dabei wird abwechselnd über den Anschlußkanal 40, den Vertikalkanal 36 und die Stichkanäle 32 unterhalb des Antriebskolbens 28 oder über den Anschlußkanal 42, den Vertikalkanal 38 und die Stichkanäle 34 oberhalb des Antriebskolbens 28 Hydraulikfluid unter Druck in den Vibratorzylinder 30 eingespeist, wodurch der Schwingmasse 16 eine Auf- und Abbewegung auf dem Ständer 14 aufgeprägt wird. Über die Grundplatte 18 werden die entsprechenden Schwingungen dann in die darunter befindliche Erdformation eingebracht.

Zum Ausgleich des Gewichts der Schwingmasse 16 ist bei dem dargestellten Vibrator 10 oberhalb des Vibratorzylinders 30 ein dazu koaxialer Ausgleichszylinder 46 vorgesehen, der rund um die Kolbenstange 26 in der Schwingmasse 16 liegt. Dazu ist die Kolbenstange 26 in ihrem oberen Teil mit kleinerem Durchmesser ausgeführt, so daß sich eine Ringschulter 48 mit nach oben zeigender Stirnfläche ergibt, die den Ausgleichszylinder 46 nach unten hin begrenzt. Die obere Begrenzung für den Ausgleichszylinder 46 bildet eine Ringschulter 50 mit nach unten zeigender Stirnfläche, die der Ringschulter 48 an der Kolbenstange 26 igegenUberliegt und bei dem dargestellten Beispiel durch die untere Stirnfläche einer hohlzylinderförmigen Muffe 51 gebildet wird, die von oben in die Axialbohrung in der 'Schwingmasse 16 eingesetzt und darin festgelegt ist. Dabei stellt also die Ringschulter 48 an der Kolbenstange 26 einen einfach wirkenden Kolben mit nach oben gerichteter Wirkungsrichtung dar, während sich der damit zusammenwirkende Ausgleichszylinder 46 aus dem Ringraum zwischen der Ringschulter 48 an der Kolbenstange 26 und der Ringschulter 50 am unteren Ende der Muffe 51 rund um die Kolbenstange 26 ergibt. In der Kolbenstange 26 sind oberhalb der Ringschulter '48 für die Zuführung von Hydraulikfluid unter Druck zum Ausgleichszylinder 46 ein oder mehrere in diesen mündende radiale Stichkanäle 52 vorgesehen, die in der Kolbenstange 26 von einem axial darin nach oben verlaufenden Vertikalkanal 54 ausgehen, der nach !Durchqueren der Deckplatte 20 über das Steuerventil 'ΛΛ an eine Leitung angeschlossen ist, die zu einer Quelle 56 für unter konstantem Druck stehendes Hydraulikfluid führt

Beim Betriebe des Vibrators 10 wird in den Vibratorzylinder 30 abwechselnd unterhalb und oberhalb des Antriebszylinders 28 Hydraulikfluid unter Druck eingespeist, wodurch die Schwingmasse 16 in eine Auf- und Abbewegung gegenüber der Grundplatte 18 versetzt wird Gleichzeitig wird zum Ausgleich des Gewichts der Schwingmasse 16 Hydraulikfluid von konstantem Druck in den Ausgleichszylinder 46 eingeleitet bzw. daraus abgeführt, wobei die relativen

Flächen der Ringschultern 48 und 50 so bemessen sind, daß das Gewicht der Schwingmasse 16 durch die im Ausgleichszylinder 46 'durch die Einleitung des unter konstantem Drück zUgeführten Hydraulikfluids entstehende nach aufwärts gerichtete Kraft aufgehoben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: ν:

1. Hydraulischer Vibrator zum Erzeugen seismi- i seller Wellen mit einer in vertikaler Richtung ,^beweglichen Schwingmasse, die mit einem aus einem

Antriebskolben und aus zwei an dessen horizontale Stirnseiten angesetzten Kolbenstangen von kleinerem Querschnitt bestehenden Ständer; mit vertikaler Achse zum einen über einen Vibratorzylinder Und zum anderen über einen Ausgleichszylindcr gekop-, peli isi, bei duift der Vibratorzylinder den Antriebs- ",' kolben 'koaxial umgibt- und Br den - Antrieb der } Schwingmasse Zu₁ vertikaler Bewegung relativ zum Ständer wahlweise oberhalb 'und unterhalb des ,, Antriebskolbens mit Hydraulikfluid speisbar ist und 'bei dem der Ausgleichszylinder die eine der.beiden , Kolbenstangen koaxial umgibt und mit einem Druckmittel speisbar ist, dessen Dreck eine Aus-¹ gleichskraft für das Gewicht der Schwingmasse '"'erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichszylinder (46) und der Vibratorzylinder (30) in Abschnitten einer zentralen Axialbohrung durch die Schwingmasse (16) angeordnet sind, daß ' der Ausgleichszylinder durch eine an der einen Kolbenstange (26) mit nach oben zeigender Stirnflä-. „ ehe ausgebildete Ringschulter (48) und eine an der ' ^Schwingmasse mit nach unten zeigender Stirnfläche ausgebildete Ringschulter (50) festgelegt ist und daß 'das in den Ausgleichszylinder einspeisbare Druckmittel ein Hydraulikfluid ist

2. Hydraulischer Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den oberen Abschnitt der Axialbohrung in der Schwingmasse (16)

"eine hohlzylinderförmige Muffe (51) eingebracht ist, deren untere Stirnfläche die Ringschulter (50) an der " Schwingmasse bildet

3. Hydraulischer Vibrator nach Anspruch 1 oder 2, ' dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindung des ,Ausgleichszylinders (46) mit einer Quelle (56) für

Hydraulikfluid von konstantem Druck im Ständer

(14) ein an diese Quelle angeschlossener Vertikalka-

* nal (54) und mindestens ein davon ausgehender und - in den Ausgleichszylinder mündender radialer

Stichkanal (52) vorgesehen sind.

4. Hydiaulischer Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (14) zwei Vertikalkanäle (36 und 38) enthält, die einerseits über radiale Stichkanäle (32 und 34) in den Kolbenstangen (24 bzw. 26) unterhalb bzw. oberhalb des Antriebskolbens (28) mit dem Vibratorzylinder (30) in der Schwingmause (16) in Verbindung stehen und andererseits über ein Steuerventil (44) mit einer Zuleitung bzw. einer Ableitung für Hydraulikfluid verbindbar sind, das die Schwingmasse in eine Auf- und Abbewegung relativ zum Ständer versetzt.

5. Hydraulischer Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (14) mit dem unteren Ende seiner unteren Kolbenstange (24) an einer Grundplatte (18) und mit dem oberen Ende seiner oberen Kolbenstange (26), an einer Deckplatte (20) befestigt ist, die über einen die Schwingmasse (16) mit Abstand umgebenden Mantel (22) zu einem geschlossenen Rahmen (12) vereinigt sind.

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Vibrator zum Erzeugen «jeismischer Wellen mit einer in vertikaler

*"'* Richtung beweglichen Schwingmasse, die mit einem aus einem Antriebskojben und aus zwei an dessen S horizontale Stirnseiten angesetzten Kolbenstangen von kleinerem Querschnitt bestehenden Ständer mit vertikaler Achse zum einen über einen Vibratorzylinder und zum anderen über einen Ausgleichszylinder gekoppelt <rjst, bei dem der Vibratorzylinder den Antriebskolben

jo;'koaxial umgibt und für den Antrieb der Schwingmasse

^J;zu vertikaler Bewegung relativ zum Ständer wahlweise

. ijqberhalb, und unterhalb des Anjtriebskolbens mit

j'-Hydraulikfluid speisbar ist und bei dem der Ausgleichs· zylinder die eine der beiden Kolbenstangen koaxial

,umgibt und mit einem Druckmittel speisbar ist, dessen ,.Druck eine Ausgleichskraft für das Gewicht der , Schwingmasse erzeugt.

'' Bei solchen Vibratoren, die insbesondere im Rahmen ' ifseismographischer Untersuchungen Rückschlüsse auf

iiofden geologischen Aufbau der Erdformationen, ermögli-

*^f "'jchen, die von den von ihnen erzeugten seismischen

'"Welten erfaßt worden sind, kann das Gewicht der

Schwingmasse je nach Größe und Bauweise des

jeweiligen Vibrators zwischen einigen hundert und einigen tausend Kilopond variieren. Bei älteren

Ausführungen (OE-PS 2 65 686, US-PS 32 82 372) ohne

besondere Vorkehrungen für «inen Ausgleich dieses

"Schwingmassengewichts muß zu dessen Aufhebung .,,/zwischen den beiden Seiten des Antriebskolbens im Vibratorzylinder ein Druckunterschied aufrechterhalten werden, was dazu führt, daß für die Bewegung der Schwingmasse in der einen Richtung weniger Antriebskraft verfügbar isi als für ihre Bewegung in der ■entgegengesetzten Richtung. Dieses Ungleichgewicht in den Kräfteverhältnissen hat sich in der Praxis als Quelle für erhebliche Schwierigkeiten erwiesen, wobei insbe·

; sondere das Auftreten vo- unerwünschten Harmoni-. sehen der gewünschten Schwingungen stört

Ein einwandfreier Betrieb ist auch bei einem anderen

^ bekannten Vibrator (US-PS 33 83 720) der eingangs erwähnten Gattung nicht zu erreichen, bei dem der Ausgleich des Schwingmassengewichts mit Hilfe eines Luftpolsters erreicht werden soll, das an dem der Schwingmasse entgegengesetzten Ende des den Antriebskolben umschließenden Vibratorzylinders koaxial zur unteren Kolbenstange rund um diese als pneumatische Feder angeordnet ist. Abgesehen von der durch die Anordnung der Schwingmasse am oberen Ende des Vibratorzylinders bedingten sehr hohen Schwerpunk t-

■50 lage für diesen bekannten Vibrator erweist sich in der Praxis die Verwendung von Luft, die anders als Hydraulikfluid stark kompreäsibel ist, zur Abstützung des Schwingmassengewichts insofern als ungünstig, als die Zentrierung der Schwingmasse jedesmal von neuein vorgenommen werden muß, sooft der bekannte Vibrator auf die Erdoberfläche aufgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vibrator der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sich eine Aufhebung des Gewichts der Schwingmasse ohne die Notwendigkeit einer jedesmaligen Zentric-' rung und Justierung vor jedem Einsatz und ohne die Entstehung unausgeglichener, Kräfte aufrdfie'Sphwingma«e erzielen läßt ' .^.' \"Ύ ,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die.im

kennzeichnenden Teil des Anspruches i angegettenpn Merkmate gelöst · ' ".,- ' ^I,

Ein erfindungsgemSß ilasgebildeter Vibrator zeichnet sich durch einen vollkommen symmetrischen Äufbiiu