[發明專利]一種基于磁致伸縮聲波換能器的巖心驅替實驗系統

有效

• 申請號: 201711264735.5
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108286423B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 張天麗;陶威;汪旭;李伯辰;蔣成保
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: E21B43/20
• 分類號: E21B43/20;E21B47/14;E21B49/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

1.一種基于磁致伸縮聲波換能器的巖心驅替實驗系統，其特征在于：該系統由磁致伸縮聲波換能器、柱塞泵(9)、A儲液罐(9A)、B儲液罐(9B)、巖心模型姿態調節單元、抽真空單元、流量計量單元組成；

所述A儲液罐(9A)內儲存有蒸餾水；

所述B儲液罐(9B)內儲存有模擬油；

柱塞泵(9)的A端口通過第六管道(11F)與A儲液罐(9A)連接；柱塞泵(9)的B端口通過第七管道(11G)與B儲液罐(9B)連接；柱塞泵(9)的C端口通過第三管道(11C)與巖心夾持器(7)的GC接口連接，且第三管道(11C)上設有C控制閥(10C)；柱塞泵(9)的D端口通過第五管道(11E)與亞克力管(3)上的CA接口連接；

其中，巖心模型姿態調節單元由巖心模型、巖心夾持器(7)和支撐架(7A)組成；巖心夾持器(7)安裝在支撐架(7A)上，且巖心夾持器(7)內部安裝有巖心模型；巖心夾持器(7)的GA接口通過第一管道(11A)與真空泵(8)連接，且第一管道(11A)上設有A控制閥(10A)；巖心夾持器(7)的GB接口通過第二管道(11B)與流量計量器(6)連接，且第二管道(11B)上設有B控制閥(10B)；巖心夾持器(7)的GC接口通過第三管道(11C)與柱塞泵(9)連接，且第三管道(11C)上設有C控制閥(10C)；巖心夾持器(7)的GD接口通過第四管道(11D)與亞克力管(3)上的CB接口連接，且第四管道(11D)上設有D控制閥(10D)；

其中，抽真空單元由真空泵(8)、A控制閥(10A)和第一管道(11A)組成，第一管道(11A)上設有A控制閥(10A)，第一管道(11A)的一端連接在真空泵(8)上，第一管道(11A)的另一端連接在巖心夾持器(7)的GA接口上；

其中，流量計量單元由流量計量器(6)、B控制閥(10B)和第二管道(11B)組成，第二管道(11B)上設有B控制閥(10B)，第二管道(11B)的一端連接在流量計量器(6)上，第二管道(11B)的另一端連接在巖心夾持器(7)的GB接口上；

其中，磁致伸縮聲波換能器由磁致伸縮換能器執行器(1)、聲波輻射器(2)、亞克力管(3)、固定支架(4)和交流電源(5)組成；其中，磁致伸縮換能器執行器(1)和聲波輻射器(2)構成換能單元；交流電源(5)與磁致伸縮換能器執行器(1)通過電纜連接；磁致伸縮換能器執行器(1)固定安裝在固定支架(4)內，聲波輻射器(2)與亞克力管(3)為防水密封安裝，且聲波輻射器(2)與亞克力管(3)內壁之間存在有用于注水的空間；固定支架(4)的上端固定有亞克力管(3)；亞克力管(3)的上端蓋設有用于與第五管道(11E)一端連接的CA接口，亞克力管(3)的側面設有用于與第四管道(11D)另一端連接的CB接口，CB接口通過第四管道(11D)與巖心夾持器(7)的GD接口連接，第四管道(11D)上設有D控制閥(10D)，第四管道(11D)的另一端連接亞克力管(3)的CB接口，第四管道(11D)的一端連接在巖心夾持器(7)的GD接口；

磁致伸縮換能器執行器(1)包括有外殼體(1A)、磁路外殼(1B)、線圈(1C)、線圈骨架(1D)、外磁環組(1E)、永磁環骨架(1F)、TeDyFe棒組(1G)、電工純鐵組(1H)、內磁環組(1I)、碟簧(1J)、碟簧基座(1K)、上端蓋(1L)、下端蓋(1M)、執行器底盤(1N)和預緊螺栓(1P)；

外殼體(1A)的上端設有用于固定弧條下端的AA凸圓臺(1A1 )，AA凸圓臺(1A1 )的外圓面上設有AA螺紋盲孔(1A3)，通過螺釘使弧條下端固定在AA凸圓臺(1A1 )上；外殼體(1A)的中部是空心的，且外殼體(1A)上端的AA中心通孔(1A2)用于碟簧基座(1K)的簧柱(1K1)穿過，簧柱(1K1)上套接有碟簧(1J)；

磁路外殼(1B)為空心圓柱結構；磁路外殼(1B)的中部是AB中心通孔(1B1)；

線圈骨架(1D)的上端是AA擋板(1D1)，線圈骨架(1D)的下端是AB擋板(1D2)，AA擋板(1D1)與AB擋板(1D2)之間是AA圓柱體(1D3)，AA圓柱體(1D3)上纏繞有線圈(1C)；線圈骨架(1D)的中部是AC中心通孔(1D4)；

外磁環組(1E)由多個空心永磁圓環組成，多個空心永磁圓環分別套接在永磁環骨架(1F)相應的凹圓柱段(1F4)上；

永磁環骨架(1F)為一體成型結構體；永磁環骨架(1F)的中部是AD中心通孔(1F2)，永磁環骨架(1F)的上端設有AC擋板(1F1)，永磁環骨架(1F)的AB圓柱體(1F3)上設有用于套接外磁環組(1E)的多個凹圓柱段，即：AA凹圓柱段(1F41)上套接A空心永磁圓環(1E1)，AB凹圓柱段(1F42)上套接B空心永磁圓環(1E2)，AC凹圓柱段(1F43)上套接C空心永磁圓環(1E3)，AD凹圓柱段(1F44)上套接D空心永磁圓環(1E4)，AE凹圓柱段(1F45)上套接E空心永磁圓環(1E5)；

TeDyFe棒組(1G)由多個實心TeDyFe棒組成；

電工純鐵組(1H)由多個鐵體組成；

內磁環組(1I)由多個實心永磁體組成；

碟簧基座(1K)上設有簧柱(1K1)和AD擋板(1K2)，簧柱(1K1)上套接碟簧(1J)；

上端蓋(1L)的中心設有AE中心通孔(1L1)，AE中心通孔(1L1)用于A鐵體(1H1)穿過，穿過AE中心通孔(1L1)的A鐵體(1H1)上端與碟簧基座(1K)的簧柱(1K1)下端接觸，在磁致效應下，推動碟簧基座(1K)運動；

下端蓋(1M)的中心設有AF中心通孔(1M1)，AF中心通孔(1M1)用于預緊螺栓(1P)的螺紋段穿過；

執行器底盤(1N)的中心設有AG中心通孔(1N1)，AG中心通孔(1N1)用于預緊螺栓(1P)的螺紋段穿過；

磁致伸縮換能器執行器(1)的結構裝配為：先組裝內芯單元；再將內芯單元置于永磁環骨架(1F)的AD中心通孔(1F2)內，然后將外磁環組(1E)分別套接在永磁環骨架(1F)的凹圓柱段上，形成第一組裝單元；將第一組裝單元置于線圈骨架(1D)的AC中心通孔(1D4)內，在線圈骨架(1D)的AA圓柱體(1D3)上纏繞線圈(1C)，再套接上磁路外殼(1B)，形成第二組裝單元；在第二組裝單元的上端安裝上端蓋(1L)，在第二組裝單元的下端安裝下端蓋(1M)，形成第三組裝單元；在第三組裝單元的上端安裝碟簧基座(1K)，碟簧基座(1K)的簧柱(1K1) 上套接碟簧(1J)，再將碟簧基座(1K)的簧柱(1K1)穿過外殼體(1A)的AA中心通孔(1A2)，在外殼體(1A)的下端安裝執行器底盤(1N)，并用預緊螺栓(1P)頂緊；

內芯單元的組裝為，A鐵體(1H1)與B鐵體(1H2)之間放置A實心永磁體(1I1)；B鐵體(1H2)與C鐵體(1H3)之間放置A實心TeDyFe棒(1G1)；C鐵體(1H3)與D鐵體(1H4)之間放置B實心永磁體(1I2)；D鐵體(1H4)與E鐵體(1H5)之間放置B實心TeDyFe棒(1G2)；E鐵體(1H5)與F鐵體(1H6)之間放置C實心永磁體(1I3)；F鐵體(1H6)與G鐵體(1H7)之間放置C實心TeDyFe棒(1G3)；G鐵體(1H7)與H鐵體(1H8)之間放置D實心永磁體(1I4)；H鐵體(1H8)與I鐵體(1H9)之間放置D實心TeDyFe棒(1G4)；I鐵體(1H9)與J鐵體(1H10)之間放置E實心永磁體(1I5)；J鐵體(1H10)與K鐵體(1H11)之間放置E實心TeDyFe棒(1G5)；K鐵體(1H11)與L鐵體(1H12)之間放置F實心永磁體(1I6)；

聲波輻射器(2)由頂桿(2A)和凹聲波輻射器(2B)構成；

頂桿(2A)的上端設有頂桿端蓋(2A1)和肋條固定圓臺(2A2)，所述肋條固定圓臺(2A2)的圓周面上設有用于固定每個凹肋條板(2B1)上端的螺紋孔(2A3)；凹肋條板(2B1)上端與肋條固定圓臺(2A2)之間采用螺釘固定；頂桿(2A)的下端與碟簧基座(1K)的簧柱(1K1)接觸；頂桿(2A)與簧柱(1K1)之間采用防水密封；

凹聲波輻射器(2B)是由多條向內凹的凹肋條板(2B1)共圓得到；凹肋條板(2B1)的上端通孔螺釘固定在頂桿(2A)的肋條固定圓臺(2A2)上，凹肋條板(2B1)的上端通過螺釘固定在外殼體(1A)的AA凸圓臺(1A1 )上；

交流電源(5)中存儲有低頻大功率諧振峰頻率值，根據設定的諧振峰頻率作用到磁致伸縮換能器執行器(1)上，使聲波輻射器(2)產生低頻聲波，該聲波作用到巖心模型上。