Пристрій для створення акустичних коливань

Винахід відноситься до приладобудування і може бути використаний для створення акустичних коливань в газах і рідинах для інтенсифікації різних технологічних процесів, в тому числі процесів видобутку газу і нафти. Відомий пристрій для створення акустичних коливань, що містить корпус, всередині якого встановлений модулятор, з'єднаний з джерелом стиснутого газу (Римський-Корсаков А.В. Электроакустика. - М.: Связь, 1973. - С.208). У відомому пристрої низька ефективність використання його при випромінюванні низькочастотних акустичних коливань. Найбільш близьким до винаходу є пристрій для створення акустичних коливань, що містить корпус прямокутного перерізу, всередині якого встановлений з можливістю коливань навколо вісі і з'єднаний з джерелом стиснутого газу (рідини) модулятор, виконаний у вигляді симетричного аеродинамічного профілю, загостреного зі сторони виходу, шириною, рівною ширині корпусу (А.с. СРСР №669378, кл. G10K7/02, 1979). В цьому пристрої настроювання його може здійснюватись тільки методом проб, змінюючи геометрію і масу модулятора після пробних пусків, причому внаслідок наявності дисепативних сил (значного тертя в підшипниках на осі) модулятор не збуджується взагалі (відсутнє самозбудження), або для його збудження потрібне значне початкове відхилення (жорстке збудження), або генерація звуку їде нестабільно - амплітуда коливань довільно змінюється в часі. Цей пристрій не забезпечує ефективного перетворення кінетичної енергії потоку в енергію акустичних коливань, так як зміна положення модулятора не викликає значних змін опорові руху газу (рідини). Задача винаходу - створити такий пристрій, який би ефективно перетворював енергію руху газу (рідини) в широкому діапазоні перепадів тиску в енергію акустичних коливань при простій і надійній конструкції. Для вирішення цієї задачі у відомому пристрої для створення акустичних коливань, що містить корпус прямокутного перерізу, всередині якого встановлений з можливістю коливань навколо вісі і з'єднаний з джерелом стиснутого газу (рідини) модулятор шириною, рівною ширині корпусу, модулятор виконаний Т-подібного профілю і встановлений на вісі загостреною частиною проти потоку, а розширені частини Т-подібного профілю виконані під кутом 90° до його центральної вісі з можливістю виходу за межі корпусу, причому на стінках корпусу, перпендикулярних до напряму переміщення модулятора, в області загостреної частини модулятора, виконано звуження, наприклад, у вигляді сопла Лаваля. Звуження корпусу в області загостреної частини модулятора сприяє турбулізації потоку за рахунок збільшення швидкості його руху. Турбулізація потоку призводить до збудження модулятора навіть при незначних витратах газу (рідини). Виконання звуження у вигляді сопла Лаваля дозволяє мінімізувати втрати енергії (тиску) у звуженні. Виконання вісі, на якій встановлений модулятор в корпусі, в області загостреної, облегченої частини Т-подібного профілю і концентрація основної маси в іншій, розширеній частині профілю збільшує момент інерції маси, що підвищує період власних коливань модулятора. Після припинення руху газу (рідини) модулятор триваліший час знаходиться в збудженому стані. Виконання розширених частин Т-подібного профілю під кутом 90° до центральної вісі збільшує площу поверхні взаємодії модулятора з потоком газу (рідини). При повороті модулятора на певний кут в одну сторону зростає з цієї сторони площа поверхні модулятора, на яку діє напір газорідинного потоку. Результуюча сила, яка при цьому виникає, повертає модулятор в іншу сторону. Крім цього, в результаті повороту потоку на 90° виникає реактивна сила, яка повертає модулятор в протилежну сторону. Таким чином, виконання частини модулятора, протилежної до вісі коливного руху, розширеною і під кутом 90° до центральної вісі, збільшує чутливість модулятора (збуджуваність) і підвищує стабільність його роботи. У порівнянні з відомим запропонований пристрій більш чутливий, швидше збуджується, характеризується більшою стабільністю в роботі (постійною амплітудою коливань) і більш ефективно перетворює кінетичну енергію потоку в енергію акустичних коливань, що досягається додатковою турбулізацією потоку в області звуження в корпусі, збільшенням моменту інерції маси модулятора і площі поверхні взаємодії модулятора з потоком і створенням додаткових реактивних сил, що діють на модулятор. На кресленні (фіг.) зображено запропонований пристрій, поздовжній переріз. Пристрій для створення акустичних коливань складається з корпусу 1 прямокутного перерізу, стінки якого утворюють наскрізний канал 2. Всередині каналу 2 на вісі 3 встановлений модулятор, виконаний у вигляді Т-подібного профілю 4, ширина якого дорівнює ширині корпусу. Загострена частина модулятора направлена проти потоку, а розширена частина виконана під кутом 90° до центральної вісі. Вісь 3 закріплена на двох протилежних стінках корпусу 1. Модулятор 4 має можливість повертатись на вісі 3 до упора в обидві сторони. На двох стінках корпусу 1, перпендикулярних до напряму коливного руху модулятора 4, виконано звуження 5, наприклад, у вигляді сопла Лаваля. Модулятор 4 виконаний з можливістю виходу за межі корпусу 1, як це показано на фіг. Можливий варіант, коли корпус виконаний видовженим, заглушений в кінці і має бокові щілини для виходу за його межі потоків газу (рідини) і розширених частин модулятора. Модулятор 4 розділяє канал 2 на два ізольовані один від другого канали 6 і 7 змінного поперечного перерізу, розташовані по його обидві сторони. В положенні модулятора 4, коли його центральна вісь співпадає з віссю основного каналу 2, обидва канали 6 і 7, утворені стінками корпусу 1 і модулятором 4, мають однакові геометричні розміри і форму. При цьому кожний з каналів по шляху руху потоку складається з короткої частини, що плавно звужується, і довгої частини, що плавно розширюється, тобто представляє собою надзвукове сопло. Напрям руху потоку газу (рідини) через пристрій показано стрілками. Пристрій працює наступним чином. При поступленні в канал 2 корпусу 1 пристрою потік газу (рідини) розділяється гострою частиною Т-подібного профілю 4 на два потоки, які послідовно проходять через звужену і розширену частину каналів 6 і 7 і виходять з пристрою під кутом 90° до центральної вісі пристрою в протилежні сторони. Реактивні сили цих потоків по відношенню до центральної вісі пристрою (вісі коливань) створюють моменти сил, що направлені в протилежні сторони. У випадку однакових потоків, що має місце при співпаданні центральних вісей корпуса 1 і модулятора 4, сумарний момент цих сил дорівнює нулю. При проходженні через звужену частину каналів 6 і 7 зростає швидкість руху газу (рідини), що призводить до турбулізації потоку. За рахунок турбулентних завихрень і природного пульсаційного режиму руху потоку модулятор 4 збуджується і відхиляється від центральної вісі пристрою. При цьому змінюються витрати газу (рідини) по окремих каналах 6, 7. Наприклад, при відхиленні модулятора за годинниковою стрілкою (гострої частини вправо, а розширених частин - вліво) загальний потік буде розділений таким чином, що більша частина потоку газу (рідини) пройде зліва по каналу 6 і менша частина - справа по каналу 7. Внаслідок руху по каналу 6 більшої частини потоку результуюча реактивна сила, яка виникає внаслідок повороту потоків на 90°, буде направлена зліва направо і створює момент сил, який повертає модулятор проти годинникової стрілки. Цей процес повторюється, амплітуда коливань наростає, поки загострена частина модулятора не стане по черзі перекривати на вході канали 6 і 7. При цьому в подальшому амплітуда коливань залишається постійною. Використання запропонованого пристрою дозволяє одержати стійкі акустичні коливання в газі (рідині) в умовах змінних характеристик газорідинного потоку. Однією з ефективних областей застосування запропонованого пристрою може бути обладнання ним башмака насосно-компресорних труб в нагнітальних свердловинах, що використовуються для нагнітання в газові (нафтові) пласти газу (рідини) з метою підвищення коефіцієнту газонафтоконденсатовилучення. Створення акустичних коливань дозволить підвищити приймальність нагнітальних свердловин і коефіцієнт охоплення пластів витісненням.