Акустический преобразователь

) (И 1 1 )4 а 01 ОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТКРЫТИИ СУДАРСТВЕННЫ О ДЕЛАМ ИЗОБР АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ О 54) 57) АТЕ,1 и апиче деиствия ации до- ожет а плалычи полезных ископаемь эведке, ругих - уве- проеля. отрасллнчендольн ОРСНОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геоФизикии геохимии(56) Патент СЯА М 4319345,кл. 0 01 7 )/40, опублик. 1980.Авторское свидетельство СССРВ 845618, кл. С 01 Ч 1/40, 1980,Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов, М.: Машиностроение, 980, с.29. КУСТИЧЕ СКИИ 11 РЕОБРАЗОзобретение относитсяой скважинной аппаратре для физического восты с целью интенсифи быть использовано в геологнефтяной, газовой, горной промышленности. Целмощности и уменьшени размера преобразова Акустический преобразователь содержит пьезопакет с накладками в виде многоступенчатого волновода, выпол" ненного иэ стержней большого и малого диаметров. Для достижения цели стержни большого диаметра многоступенчатого волновода выполнены из продольно-поляризованных пьезокерамических элементов. Элементы соединены электрически параллельно между собой и с выводами пьезопакета,Стержни малого диаметра снабжены дисками, выполненными из одного куска материала. Диаметр дисков не меньше, чем диаметр пьезокерамических элементов. Длина х многоступенчатого волновода не меньше, чем (Сагссов 0,71)/2 Х, где 18= 3,14; Х " частота; С- ско"рость распространения продольной вол" ны в волноводе. Иьезокерамические элементы размещены между дисками стержней малого диаметра. Наружная часть волновода выполнена в виде накладки. Акустический преобразователь имеет в 3-4 раза большую акустическую мощность и меньшую в 1,66 раза длину волновода 4 ил10 15 20 25 35 40 45 Изобретение относится к геофизической скважинной аппаратуре и аппаратуре для Физического воздействияна пласты с целью интенсификации добычи полезных ископаемых и можетбыть использовано в геолого-разведочной, нефтяной, газовой, горной идругих отраслях промышленности,1 елью изобретения является увеличение мощности и уменьшение продольного размера преобразователя.На Фиг,1 показано устройство акустического преобразователя; на фиг.2 -размещение преобразователей в корпусе скважинного снаряда; на Фиг. 3 -распределение колебательной скоростипо длине акустического преобразователя; на Фиг.4 - вариант выполнениястержня малого диаметра в виде концентратора и электрическое соединениеПьезоэлементов,Акустический преобразователь(Фиг.1) армирован с помощью пологоболта 1 и гайки 2. Возможен вариантнеармированного преобразователя, вэтом случае элементы 1 и 2 отсутствуют. Наружная часть многоступенчатого,волновода заканчивается накладкой 3,выполненной из материала с малымудельным весом, например алюминиевого сплава, магния, сплава электрони др., толщиной Лп,/40, где 3 - длина продольной волны на рабочей частоте преобразователя. Если выполнитьНакладку указанной толщины, то в нейотсутствуют изгибные колебания, ухуд"п 1 ающие колебательные и энергетическиесвойства преобразователя. Пьезокерамические элементы 4, собранные в данном случае. попарно и соединенныеэлектрически параллельно (фиг,4), истержни 5 малого диаметра с выполнен.нЫми заодно с ними дисками 6 образуют элемент многоступенчатого волновода. На Фиг.1 число таких элементовс каждой стороны преобразователя рав"но трем (симметричный акустическийпреобразователь), хотя число элемен"тов может быть любым и определяетсяиэ условия размещения их в пределахволнового размера К х, где К" вол"новое число, а х " текущее значениедпины преобразователя. При этомсозХ х = 0,71 (фиг.З). За волноводомследует пьезопакет 7, в середине ко"торого в узле колебаний размещен хомутик 8 с отверстием для шплинта илидругого элемента фиксации. В случае,если преобразователь выполнен армированным, пьезоэлементы представляют(Фиг.4). Если армирование отсутствует и преобразователь рассчитан нанебольную мощность, то пьезоэлементыпредставляют собой диски, причем впервом случае стержни 5, диски 6 ихомутик 8 имеют отверстия под армирующий болт( с учетом изоляции)В случае выполнения акустическогопреобразователя по несимметричнойсхеме вместо одного из волноводов устанавливают тяжелую накладку или заполняют оставшийся волновой размерпьезоэлементами пьезопакета 7,На фиг.2 показан акустический преобразователь 9, выполненный согласно фиг.1 и размещенный в звукопрозрачном трубчатом корпусе скважинногоснаряда 10. Корпус изготавливают изметалла, пластмассы (полихлорвинил,полиэтилен и т,п,), Внутри корпусаимеется несущий стержень 11, на котором укреплены акустические преобразователи с помощью шплинтов, размещенных в хомутиках 8, Корпус заканчивается геофизическими головками 12и 13 Внутрь корпуса залита компенсационная жидкость типа ПЭС-З, ПЭС,керосина, трансформаторного масла,глицерина; между геофизическими головками 12 и 13 проложены провода.Механически геофизические головкисоединены между собой с помощьюстержня 11 а корпус снаряда 1 О соединен с ними с помощью уплотнительных колец (методом сварки, склейкии т,п,), Так как корпус обладает не"обходимой податливостью, то наличиекомпенсатора давления скважинной среды необязательно. Дпя заливки компенсационной среды в снаряд в одной изголовок (12 или 13) предусмотрено отверстие, закрытое пробкой. Для выравнивания внутреннего и внешнего давлений в головке предусмотрен шариковый,или иной конструкции клапан, сбрасывающий давление среды из корпуса 10. Дпя Формирования необходимой ширины характеристики направленности и обеспечения необходимого коэффициента концентрации звуковой энергии в снаряде устанавливают любое количество акустических преобразователей.Акустический преобразователь работает следуюшим образом, 4029911 ри подаче на отрицательныи и положительный электроды пьезоэлементов положительного полупериода сигналов высокой частоты (обычно на резонансной частоте) длина основного пьезопакета 7 и длина стержней большего диаметра, образованных пьезоэлементами 4 и дисками б, возрастает. Все амплитуды продольных колебаний, распространяющиеся от узла колебаний (место размещения хомутика 8) в сторону накладок 3, складываются между. собой, и распределение колебательных скоростей принимает вид, показанный на фиг.3 (а - колебательная скорость). В излучении принимают участие и внешние поверхности дисков 6 истержней 5. Излучение с указанных поверхностей происходит радиально. Всвязи с этим активная излучающая(нринимающая) поверхность преобразователя резко возрастает, что приводит к повышению излучаемой акустической мощности.Число элементов (элементы 4,стерж"ни 5, диски 6) многоступенчатого волновода ограничено уменьшением колебательной скорости до 3 дБ (0,71 а), что соответствует при этом половинной мощности, хотя можно допустить и другие уровни, например 6 дБ. Однако следует учесть, что при этом объем активного материала в преобраэователе уменьшается, а объем пассивного материала вследствие введениястержней 5 и дисков 6 возрастает,что приводит к уменьшению эффективности преобразователя в режиме излучения, чувствительности в режимеприема, электроакустического коэффициента полезного действия и, в итоге,выходной мощности в связи с уменьшением величины колебательной скорости. Длина х волновода равна(Сагссоз 0,71)/2 й,Увеличение мощности достигаетсяза счет того, что удельная мощностьна торце передней накладки 3 можетбыть снижена и перераспределена между остальными излучающими поверхностями. 11 ри размещении акустическихпреобразователей в снаряде (фиг.2)все колебания сфазированы и корпуспереизлучает колебания как пульсирую"щий цилиндр, обеспечивая тем самым получение дискообраэнай формы характеристики направленности, характерной для скважинных геофизических и45 50 55 Длина стержней и их диаметр в многоступенчатом волноводе, а также диаметр дисков б могут быть любыми. Все элементы преобразователя склеены между собой с помощью клея горячего отверждения типа ДМ 5-65 или другой марки.Акустический преобразователь позволяет получить увеличение излучаемой мощности в 3-4 раза и уменьшение продольного размера волновода в 1,66 раза, Это позволяет реализовать скважинные геофизические и технологические акустические преобразователи меньшей длины и больней мощности.При технологических акустических преобразователей. Акустические преобразователи размещают внутри скважинного5снаряда на расстоянии М /2 где91длнна акустической волны в компенсационной среде (фиг.2). Геофизическиеголовки 12 и 13, являющиеся одновременно отражателями звука, выполняютО из стали или другого акустическижесткого материала во избежание из"глучения в продольном. направлениискважины и снижения акустической мощности. Суммарная акустическая мощ 15 ность пропорциональна числу установленных в скважинном снаряде акустических преобразователей,Выигрыш по акустической мощностисоставляет при а . с 1= 2, где й.2 О диаметр стержня 5, а й, - диаметрпьезоэлемента 4, установленного вмногоступенчатом волноводе, порядокот 3 до 5 (независимо от числа акустических преобразователей, установ"25 ленных в скважинном снаряде),Некоторое повышение акустическоймощности можно получить при использовании стержней 5 многоступенчатоговолновода, форма которых изображенаЗ 0 на фиг.4. Форма стержня 5 может бытьэкспоненциальнай, катеноидальной, ко"нической и др. Увеличение колебательной скорости а с помощью такогостержня возможно .лишь при приближе 35 нии диаметра с ., и длины стер . ня 5 квеличине/2. В то же время размещение пьезоэлементов в стержнях большего диаметра волновода позволяет увеличить мощность эа счет введения дополнительного активного материала в преобразователь, при этом выигрыш по мощности пропорционален увеличению количества пьезоэлементов, размещенных в многоступенчатом волноводе.решении задач интенсиФикацня добычи неФти, газа и других полезных ископаемых применение данного преобразователя позволяет экономить время, эЛектроэнергию, испольэовать генера" тары меньшей мощности, повысить надежность проведения технологических операций.Ф о р и у л а и э о б р е т е н и яАкустический преобразователь, содержащий пьезопакет с накладками в ание многоступенчатого волновода,выполненного из стержней большего и меиьшего диаметра, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличения мощности и уменьшения продольного размера преобразователя, стержни большего диаметра многоступенчатого волновода выполнены иэ продпльно-поляризованных пъезокерамических элементов, соединенных электрически параллельно между собой и с выводами пьезопакета, а стержни меньшего диаметра снабжены выполненными из одного куска материала дисками, диаметр которых не меньше, чем диаметр пье О зокерамических элементов, длина многоступенчатого волновода не меньше, чем х = (С агссоз 0,71)/2 И:,15 где У= 3,14; Г - частота; С - скорость распространения продольнойволны в волноводе,причем пьезокерчмические элементыразмещены между дисками стержней 20 меньшего диаметра, а наружная частьволновода выполнена в виде накладок.Я Составитель Н.Гусеваедактор А.Каковская Техред Л.Сердюкова Корректор Л,Пилипенко 13035,тиЬ, г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 285 ЬО 7ВПИИПИ г Тираж 522 Государственно делам. изобретен осква, Ж"35, Ра Производственно-полиграфическое пред Подписнокомитета СССРи открытийская наб., д, 4/5