DE2041278A1

DE2041278A1 - Stabilisiervorrichtung fuer einen beweglichen seismischen Vibrator

Info

Publication number: DE2041278A1
Application number: DE19702041278
Authority: DE
Inventors: Stafford Jay Hawley
Original assignee: Continental Oil Co
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1969-08-22
Filing date: 1970-08-19
Publication date: 1971-03-04
Also published as: US3690402A; JPS5022961B1; NL7005077A; FR2057688A5; NL159509B; ZA703761B; DE2041278B2; GB1267126A; ES380303A1

Description

8241-70/kö/S
Convention Date:
August 22, 1909

Continental Oil Company, Ponca City, Oklahoma, V.-St .A.

Stabilisiervorrichtung für einen beweglichen seismischen

Vibrator

Die Erfindung betrifft eine Stabilisiervorrichtung für einen beweglichen seismischen Vibrator, der von einem Fahrzeug mit zwei Rahmenteilen getragen wird.

Es sind verschiedene Arten und Konstruktionen von seismischen Vibratoren bekannt, die tragbar an oder auf einem Fahrzeug angeordnet sind. Diese Vibratoreinheiten haben im allgemeinen eine vertikale Tragkonstruktion, die relativ zum Fahrgestell verstellbar ist, so daß das Gewicht des Fahrzeugs dem Vibrator aufgelastet werden kann, um die Energiekopplung auf den Erdboden sicherzustellen. Im allgemeinen sind dabei bestimmte Formen von elastischen oder federnden Vorrichtungen zwischen die beiden Seiten der Vibratorgrundplatte und die Fahrzeugtragkonstruktionen eingeschaltet, um das Fahrzeug von den Vibrationen isolieren zu können und dadurch Dämpfungseffekte zu verhindern, so daß die maximale Energieübertragung auf die Erde erreicht wird. Die bekannten Konstruktionen zur Bewegungsfesselung in der Horizoritalebene sind im allgemeinen auf holm- und verstrebungsartige Zusatzkonstruktionen beschränkt, die, wiewohl einigermaßen brauchbar, bestimmte störende Frequenzeffekte hervorrufen. Es ist auch bekannt, für den gleichen Zweck GuEtuninetzkonstruktionen in Verbindung mit geeigneten Feder-

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gliedern für die seitliche Halterung vorzusehen; jedoch bringen diese Konstruktionen ebenfalls eine steife Federkonstante mit sich, aufgrund deren Energie auf das Fahrzeug, besonders bei niedrigen Frequenzen unterhalb 8 Hz, übertragen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haltcrungskonstruktion für einen seismischen Vibrator zu schaffen, die in der Horizontalbewegung relativ zur Vibratorbodenplatte, d.h. in der Horizontalebene gefesselt und dennoch von den Schwingungen der Bodenplatte isoliert ist, d.h. keinen störenden Einfluß auf die seismische Ausgangsschwingung ausübt.

Die Stabilisiervorrichtung für die Halterungskonstruktion soll verhältnismäßig einfach und verläßlich sein und sich leicht warten lassen.

Die Vorrichtung soll vorzugsweise Seitwärtsbewegungen der Bodenplatte relativ zu vertikalen Trägern verhindern, jedoch im Hinblick auf verschiedenartige Einstell- oder Ausrichtmöglichkeiten geringfügige Verstellungen der Verbindungs- oder Gelenkpunkte zulassen.

Schließlich soll die Vorrichtung vorzugsweise für einen an einem Fahrzeug montierten Vibrator verwendet werden können und dabei eine maximale Stabilität sowie Isolation von der erzeugten Schwingungsenergie gewährleisten.

Erfindungsgemäß ist für eine bewegliche seismische Vibratoranordnung eine Halterungskonstruktion zum Fesseln der Horizontalbe wegung und Verhindern des horizontalen Rutschens ohne Einführung neuer, die Ausgangsfrequenz beeinflussender Störkomporienten vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Querstabilisierkonstruktion vorgesehen, die an der Vibratorbodenplatte befestigt ist, so daß sie die Vertikaltragkonstruktion, durch welche die Vibratoranordnung am tragenden Fahrzeug befestigt ist, in Seitwärtsrichtung stabilisiert. Die Horizontalstabilisierkonstruktion besteht z.B. aus einer Anzahl von Knick ader Schwenk streben, die sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung miteinan-

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der ausgerichtet sind bzw. fluchten und allgemein in der Horizontalebene verbunden sind, indem sie mit ihrem einen Ende an der Bodenplatte und mit ihrem anderen Ende an der Tragkonstruktion auf der entsprechenden Seite der Vibratoranordnung befestigt sind. Diese Schwenkstreben sind besonders mit elastischen oder federnden, die Befestigungselemente umgebenden Gelenkstücken ausgerüstet, so daß die Verbindungen eine zusätzliche Isolation ergeben sowie kleine Ausrichtungsfehler einzelner Teile kompensieren.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

,Figur 1 eine schematische, von hinten gesehene Darstellung eines Tragfahrzeuges, das über einer mit der Erdoberfläche in Berührung befindlichen Vibratoreinheit angehoben ist;

Figur· 2 eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vxbratorbodenplattej

Figur 3 eine Schnittdarstellung eines für die Schwenkstreben der erfindungsgemäßen Konstruktion verwendbaren Gelenkendesj

Figur 4 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenplattenkonstruktionj und

Figur 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenplatten- und Tragkonstruktion. ^

Figur 1 zeigt eine tragbare Vibratoranordnung 10 in Form einer an einem Fahrgestell montierten geophysikalischen Vibratoreinheit. Der Rumpf 12 des Fahrgestells oder Fahrzeugs ist zwischen zwei Seitenrahmenteilen 14 und 16 gehaltert, die an ihrer Außenseite Räder 18 bzw. 20 tragen.

Die Vibratoreinheit 22 ist an einer Bodenplatte 24 befestigt, die in Berührung mit der Erdoberfläche 26 steht und unter dem Rumpf 12, vorzugsweise durch Befestigung an den Seitenrahmenteilen 14 und 16, aufgehängt ist. Und zwar ist die Bodenplatte 24 durch Federanordnungen 28 und 30 und entsprechende Stutζstangen 32 bzw. 34» die aus den Seitenrahmenteilen 14 bzw. 16 ausfahrbar sind, beiderseits elastisch befestigt. Die Stützstangen 32 und 34 sind

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in ihrer Vertikallänge beispielsweise durch einen hydraulischen Antrieb verstellbar, so daß sie im ausgefahrenen Zustand das Gewicht des Fahrgestells, d.h. mindestens einen Teil dieses Gewichtes, über den Federanordnungen 28 und 30 tragen und dadurch die Bodenplatte 24 aufgrund der Belastung durch das Fahrgestell in fester Energiekopplung mit der Erdoberfläche 26 gehalten wird. Bekannte Konstruktionen dieser allgemeinen Art sind in der USA-Patentschrift 3 353 772 sowie in der USA-Patentschrift Re. 25 401 beschrieben.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Vibratorbodenplatte mit Stützverbindungen sowie mit einer Konstruktion zum Fesseln oder weitgehenden Ausschalten von Seitwärtsbewegungen. Die Bodenplatte 24 ist über die Federanordnungen 28 und 30 mit den entsprechenden Stützstangen 32 und 34 verbunden, die nach oben in das Fahrzeug einfahrbar sind, wie in Figur 1 gezeigt. Die Federari Ordnung 28 besteht aus zwei Federn 40 und 42, die mit ihren unteren Enden starr an der Bodenplatte 24 und mit ihren oberen Enden an einem Träger 44 mit U-Profil befestigt sind, der starr am unteren Ende der Stützstange 32 befestigt ist. Die Federanordnung 30 besteht in entsprechender Vv'eise aus Federelementen 46 und 48, die zwischen der Oberseite der Bodenplatte 24 und einem starr am unteren Ende der Stützstange 34 befestigten Träger 50 mit U-Profil befestigt sind. Diese Vertikalfederanordnungen können auf verschiedene Weise, beispielsweise als Blattfedern, Luftfedern, Spiralfedern usw. ausgebildet sein, wobei alle diese Ausführungen dazu dienen, unerwünschte Übertragung von Schwingungsenergie zu unterbinden, d.h. die Vibratoreinheit während des Betriebs an einem seismischen Untersuchungsort vom Fahrgestell oder Fahrzeug zu isolieren.

Ein Rahmenwerk von horizontal angeordneten Knick- oder Schwenkstreben ist vorgesehen, um der Einheit die gewünschte Seit. wärtsstabilität zu geben und trotzdem die Übertragung von· Schwingungen auf das Trägerfahrzeug bei bestimmten kritischen niedrigen Frequenzen zu verhindern. Und zwar ist die Funktion der Seitwärtsstabilisierung effektiv von der Isolationsfunktion getrennt, um

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eine Konstruktion mit Niederfrequenzisolation zu ermöglichen.

Zwei Querschwenkstreben 52 und 54 sind zwischen der vorderen und der hinteren Seite der Bodenplatte 24 im mittleren Bereich der selben einerseits und dem vorderen bzw. hinteren Ende des Trägers 44 andererseits angeordnet. Diese Schwenkstreben 52 und 54 sind jeweilsan ihrem einen Ende in entsprechenden Lagerbügeln 56 schwenkbar gelagert und an ihrem anderen Ende mit Lagerbügeln 58 verbunden, die z.B. durch Schweißen an der Unterseite des Trägers 44 befestigt sind. Die Schwenkstreben 52 und 54 fesseln den Träger 44 in Querrichtung relativ zur Bodenplatte 24 ■> während eine weitere Längsschwenkstrebe 60, die zwischen einem Lagerbügel 62 an der Bodenplatte und einem am Träger 44 befestigten Lagerbügel 64 gelagert ist, die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Trägers 44 beschränkt, dabei aber trotzdem eine ungehinderte Hin- und Herbewegung der Federanordnung 28 in Vertikalrichtung ermöglicht.

Die andere Seite der Bodenplatte 24 ist in entsprechender Weise mit Querschwenkstreben 66 und 68 verbunden, die an ihren inneren Enden mit Lagerbügeln 70 an der Bodenplatte und an ihren äußeren Enden mit Lagerbügeln 72, die an den beiden Seiten (vorn und hinten) des Trägers 50 befestigt sind, verbunden sind. Ebenso ist eine Längsschwenkstrebe 74 vorgesehen, die einerseits in einem Lagerbügel 76 an der Bodenplatte und andererseits in einem Lagerbügel 78 am Träger 50 schwenkbar gelagert ist. ■ ä

Jede der Schwenkstreben ist mit einem Verbindungs- oder Lagerungsende von der in Figur 3 gezeigten Art ausgebildet. So hat der Schwenkstrebenteil 80 ein ösen- oder hülsenförmiges Ende 82. Das hülsenförmige Ende 82 ist im Inneren mit einer ringförmigen Auskleidung oder Polsterung 82 aus elastischem Material versehen, die eine Mittelbohrung 86 bildet, in welcher ein Lagerstift 88 sitzt. Diese Ausbildung der Schwenkstrebenenden mit Gummiauspolsterung 84 der Lagerbohrung ergibt eine zusätzliche Isolation und. ermöglicht eine Kompensation von kleinen Ausrichtung^ fehlernim Betrieb und bei der Aufstellung der Anordnung.

Im Betrieb kann das Trägerfahrzeug zu einem gewünschten spLs-

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mischen Untersuchungsort gefahren werden, wo durch Detätigen bzw. Ausfahren der Tragkonstruktion die Bodenplatte 24 mit dem Gewicht eines Teils des Trägerfahrzeugs belastet wird, damit sie in Energiekopplung mit der Erdoberfläche 26 bleibt. Dann kann der Vibrator 22 eingeschaltet werden, so daß er einen oder mehrere seismische Schwingungsstöße erzeugt, die in die Erde übertragen werden. Nach Beendigung der vorgesehenen Stoßserie wird durch Betätigen der Tragkonstruktion die Bodenplatte 24 von der Erdoberfläche 26 abgehoben, so daß das Trägerfahrzeug zum nächsten Untersuchungsort gefahren werden kann* Dort wird die Bodenplatte 24 wieder energiekoppelnd auf den Erdboden 2 6 abgesenkt.

P Wenn das Trägerfahrzeug auf den Trägerstangen 32 und 34 und den entsprechenden Federanordnungen 28 und 30 ruht, so daß die Bodenplatte 24 fest gegen den Erdboden 26 gedrückt ist, sorgen die einzelnen Federelemente 40 und 42 sowie 46 und 48 für die erforderliche Isolation bezüglich der Vertikalbewegungskräfte und der Erzeugung von Oberwellenfrequenzen. Diese federnde Kopplung kann jedoch ihre richtige Vertikalausrichtung nicht ohne irgendeine Fesselung gegen horizontales Gleiten oder horizontale Bewegung der Tragelemente in bezug auf die Bodenplatte 24 beibehalten, Durch die Wechselwirkung der Querschwenkstreben 52, 54» 66 und 68 wird die seitwärtige Relativbewegung unterbunden, während die Längsschwenkstreben 60 und 74 die Relativbewegung nach vorn und

^ hinten unterbinden. Durch die elastische Auspolsterung 84 der Lagerenden der einzelnen Schwenkstreben wird eine ausreichende Verstellbarkeit der Verbindungen zu Anpassungszwecken ermöglicht, während dennoch die Fesselung in der Horizontalebene erhalten bleibt.

Figur 4 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Stabilisierkonstruktion, wobei nur die eine Seite der Bodenplatte mit Tragkonstruktion gezeigt ist, da die andere Seite identisch ausgebildet ist. Die Bodenplatte 24 ist durch die Federelemente 40 und 42, die am Träger 44 in fester Verbindung mit der Trägerstange 32 befestigt sind, federnd gelagert. Die Horizontalfesse-Lung erfolgt Ln diesem Fall durch eine Querschwenkstrebe 90 und

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eine Längsschwenkstrebe 92. Die Querschwenkstrebe 90 ist an ihren Enden einerseits durch einen Lagerbügel 92 an der Bodenplatte und andererseits durch einen .Lagerbügel 94, der mittels einer Verlange* rungsplatte 90, die auf der Innenseite des Trägers 44 horizontal vorsteht, starr am Träger 44 befestigt ist, schwenkbar gelagert. Die 'Längsschwenkstrebe 92 ist in ähnlicher Weise zwischen einem ebenfalls an der Unterseite der Verlängerungsplatte 96 befestigten Laf.erbügel 08 und einem auf der Oberseite der Bodenplatte 24 befestigten Lagerbügel 100 schwenkbar gelagert.

Die Vibratoreinheit, z.E. der Vibrator 22 (Figur l) kann auf geeignete 'weise in der Mitte der Bodenplatte 24 befestigt sein, wobei je nach den gegebenen Erfordernissen für entsprechende Spiel- und Verbindungsmöglichkeiten gesorgt sein kann. Außerdem können weitere Schwenkstreben vorgesehen sein, um, falls sich dies als notwendig erweist, eine zusätzliche Horizontalfesselung zu erzielen. So kann am anderen Ende des Trägers 44 eine zweite Querschwenkstrebe 102 vorgesehen sein. Die Schwenkstrebe 102 kann zwischen einem Lagerbügel 104 an einer Verlängerungsplatte 106 des Trägers einerseits und einem dem Lagerbügel 92 ähnlichen Lagerbügel (nicht gezeigt) in der anderen Ecke der Bodenplatte 24 andererseits schwenkbar gelagert sein. Ferner kann zur Längshalterung eine zusätzliche Längsquerstrebe (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die in Diagonalrichtung schwenkbar zwischen der Bodenplatte 24 und einem geeigneten Lagerbügel an der Unterseite einer seitlichen Verlängerungsplatte 108 des Trägers gelagert sein kann.

Figur 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Horizontalstabilisierkonstruktion für die Bodenplatte 24, die durch die Federelemente 40 und 42 sowie den Träger 44 und die Trägerstange 32 gehaltert ist. In diesem Fall erfolgt die Längsstabilisierung durch eine Schwenkstrebe 110, die mit ihrem einen Ende an einer Lagerstütze 112 auf der Bodenplatte und mit ihrem anderen Ende an einem Hängelager 114 am Träger schwenkbar gelagert ist. Eine zusätzliche Schwenkstrebe 116 ergibt eine allgemein diagonale Stabilisierung mit einer Längsfesselungskomponente, indem sie allgemein diagonal zwischen einer Lagerstütze 118 und einem opti-

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mal angeordneten Lagerteil (nicht gezeigt) unter dem Träger 44 schwenkgelagert ist.

Die Wirkungsweise der Stabilisierkonstruktionen nach Figur 4 und 5 ist ähnlich wie die der Konstruktion nach Figur 2. Auch sind noch anderweitige vorteilhafte Anordnungen der Schwenkstreben und ihrer Verbindungen möglich, um speziellen Träger- und Vibratorkonstruktionen sowie bestimmten Anwendungszwecken Rechnung zu tragen.

Durch die Erfindung wird also eine neuartige Stabilisierkonstruktion für eine auf einem Fahrzeug montierte Vibratoranlage angegeben. Die Konstruktion ermöglicht die volle und wirksame Benutzung des Fahrzeugrumpfes als energiekoppelnde Masse bei Abstützung über der gegen die Erdoberfläche anliegenden Vibratorbodenplatte.

Die erfindungsgemäße Konstruktion eignet sich besonders für die Stabilisierung eines geophysikalischen Vibrators in der Horizontalebene. Sie ist in Verbindung mit geophysikalischen Schwingungsenergiequellen anwendbar, die ihre Schwingungsenergie über eine energiekoppelnde Bodenplatte in die Erde übertragen, wobei die Bodenplatte dadurch in Energiekopplung zur Erde gedrückt wird, daß sie einen Teil des Gewichtes des Trägerfahrzeugs aufnimmt. Die Stabilisierkonstruktion besteht aus einer Anzahl von Schwenkstreben, die zwischen der Bodenplatte und der vertikalen Tragkonstruktion sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung angeordnet sind, so daß sie die Tragkonstruktion ohne nennenswerte störende Beeinflussung des vertikalen Schwingungsverhaltens in der llorizontalebene fesseln.

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Claims

Patentansprüche

Stabilisiervorrichtung für einen beweglichen seismischen Vibrator, der von einem Trägerfahrzeug mit zwei Rahmenteilen getragen wird, wobei der Vibrator auf einer Bodenplatte in der Mitte derselben befestigt ist, die mittels zweier Tragkonstruktionen mit ausfahrbaren vertikalen Trägerstangen an den beiden Rahmenteilen des Trägerfahrzeugs gehaltert istj und wobei ferner zwischen der Bodenplatte auf deren beiden Seiten und den entsprechen den unteren Enden der beiden in ihrer Länge verstellbaren Tragkonstruktionen je eine Federanordnung vorgesehen ist, ge- ■ kennzeichnet durch eine Anordnung von Schwenkstreben mit mindestens zwei horizontal angeordneten Querschwenkstreben (52, 66), die mit ihrem einen Ende (bei 56, 70) schwenkbar auf der Bodenplatte (24) und mit ihrem anderen Ende (bei 58, 72) schwenkbar am unteren Ende der entsprechenden Tragkonstruktion (44, 32 bzw. 50, 34) befestigt sind.
2. Stabilisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkstrebenanordnung außerdem zwei horizontal und in Längsrichtung angeordnete Längsschwenkstreben (60, 74) enthält, die mit ihrem einen Ende schwenk bar auf der Bodenplatte und mit ihrem anderen Ende schwenkbar am unteren Ende der entsprechenden Tragkonstruktion befestigt sind.
3. Stabilisiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkstrebenanordnung außerdem zwei zusätzliche Querschwenkstreben (54* 68) enthält, die parallel zu den beiden ersten Querschwenkstreben (52, 66) und im Abstand von diesen angeordnet und in der gleichen Weise wie die beiden ersten Querschwenkstreben schwenkbar einerseits auf der Bodenplatte und andererseits an der entsprechenden Tragkonstruktion befestigt sind.
4. Stabilisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

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dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schwenkstreben an ihren beiden Enden mit einem hülsenförmigen Lagerungsteil (82) ausgebildet ist, das innen mit einer elastischen Auskleidung (84), die eine veränderliche Bohrung (86) zur Aufnahme eines Lagerelements (88) bildet, versehen ist.
5. Stabilisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tragkonstruktionen je eine vertikale ^rMgerstange (32, 34) aufweisen, die in einer Lagerhülse gleitbar am entsprechenden Rahmenteil (14, l6) gelagert und durch einen hydraulischen Zylinderantrieb ausfahrbar ist, derart, daß der Abstand zwischen dem unteren Ende der Trägerstange und dem entsprechenden Rahmenteil verändert werden kann.

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