DE1623546C - Vorrichtung zum Erzeugen von seismischen Wellen mit einem Bodenteil und einem Deckel teil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von seismischen Wellen mit einem Bodenteil und einem Deckelteil, die teleskopartig vertikal beweglich miteinander verbunden sind, mit einer Rückführung von Bodenteil und Deckelteil in ihre Ausgangsstellung, und zwischen denen eine Explosionskammer mit Gaszuleitungen und mit einer Zündeinrichtung ausgebildet ist, sowie mit einem Auslaß für expandierende Gase. Mit einer derartigen Vorrichtung können durch die Explosion eines eingeführten explosionsfähigen Gasgemisches künstlich seismische Wellen erzeugt werden.

Durch die USA.-Patentschrift 3 235 027 ist eine derartige Vorrichtung bekanntgeworden, bei der Bodenteil und Deckelteil über balkenartig ineinandergeschachtelte, elastische Wandteile miteinander verbunden sind. Das Bodenteil besteht dabei im wesentliehen aus einer auf dem Boden aufliegenden, flachen Platte mit einem hochgebogenen Rand. Das Mittelteil besitzt ein großes Gewicht, welches beim Aufprall auf das Bodenteil seismische Wellen auslöst. Nachteilig hieran ist es, daß wegen der elastischen Eigenschaften der balkenförmigen Wandteile keine genaue Einstellung des Hubes des Deckelteils' möglich ist. Der Hub wird vielmehr je nach der Explosionskraft der in der Explosionskammer befindlichen Gase mehr oder weniger angehoben werden. Entsprechend unterschiedlich fallen auch die hervorgerufenen seismischen Wellen aus.

Durch die USA.-Patentschrift 3 215 223 ist eine ähnliehe Vorrichtung bekanntgeworden, bei der ein Gewicht kolbenartig in einem Zylinder bei Explosion nach oben geschleudert wird. Anschließend fällt der Kolben durch sein eigenes Gewicht nach unten und schlägt auf einen Anschlag auf. Auch hier ist der Hub des Gewichtes nur durch den oberen Zylinderdeckel begrenzt. Die durch das Eigengewicht hervorgerufene Abwärtsbewegung wird nur langsam eingeleitet und führt zu untereinander ungleichen seismischen Wellen. Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so weiterzubilden, daß definierte seismische Wellen erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die eingangs erwähnte Vorrichtung durch ein rückführendes Federelement gekennzeichnet ist. Dieses Federelement wirkt also bei der Aufwärtsbewegung des Deckelteils mit ständig wachsender Kraft auf das Deckelteil ein, begrenzt den Hub des Deckelteils und beschleunigt die Abwärtsbewegung. Die Explosionskraft braucht daher nur derart bemessen zu werden, daß das Bodenteil mit Sicherheit an den oberen Anschlag angehoben wird, worauf es durch sein Gewicht unterstützt, durch das rückführende Federelement mit stets derselben Kraft auf dem Boden aufschlägt.
Für dieses rückführende Federelement werden zwei Ausführungsformen bevorzugt. Die eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß als Federelement wenigstens eine Schraubenfeder vorhanden ist. Bei der anderen Ausführungsform_ist.als Federelement wenigstens ein Luftkissen vorhanden.

Bei der Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung, bei welcher als Federelement wenigstens eine Schraubenfeder vorhanden ist, können sich diese Schraubenfedern einerseits an der Überseite des Deckelteils und andererseits jeweils an einem mit dem Deckelteil gelenkig verbundenen Bügel abstützen. Auf diese Weise können beispielsweise vier derartige Schraubenfedem mit Bügeln an der Überseite des Deckelteils vorgesehen sein, die dann untereinander jeweils einen gleichen Winkelabstand einschließen.

Hierdurch wird auf konstruktiv einfache Weise eine Montage für diese Schraubenfedem geschaffen.

Um die Befestigung der Bügel zu erleichtern, könden sich diese in radialer Richtung des Deckelteils er-

strecken, wobei die radial äußeren Enden der Bügel über Verlängerungsstück^ untereinander und durch einen Haltering miteinander verbunden, sind, der einen Flanschteil des Bodenteils unterfaßt. Hierdurch wird, erreicht, daß die Bügel jeweils mit ihren äußeren Enden mit dem Bodenteil verbunden sind, so daß bei einer Explosion eine Kompression dieser Schraubenfedern erfolgt. ;

Mit Vorteil wird das Luftkissen durch einen mit dem Bodenteil fest verbundenen Außenring gebildet, der sich oberhalb des Deckelteils erstreckt und an dem nach innen dichtend ein mit dem Deckelteil fest verbundener Innenring mit einer Zylinderwand anliegt. Bei einer Explosion wird also die in dem hierdurch gebildeten Volumen eingeschlossene Luft dadurch komprimiert, daß sich das Deckelteil nach oben bewegt, während relativ dazu das Bodenteil und der mit ihm verbundene Außenring ortsfest bleibt.

Im Innenring kann auch ein Luftvolumen ausgebildet sein, das mit dem Luftkissen durch ein Drosselventil verbunden ist. Dieses.zusätzliche Luftvolumen verhindert bei einer Verwendung der Vorrichtung nach der Erfindung unter Wasser das Eindringen von Wasser in das Luftkissen. Durch das Drosselventil strömt bei einer Explosion Luft vom Luftkissen in das Luftvolumen.

Mit Vorteil ist das Luftkissen mit einer Zufuhrleitung für Druckluft verbunden. Hierdurch wird es ermöglicht, das Luftkissen vor jeder Explosion auf einen gewissen Überdruck zu bringen, wodurch die Federsteifigkeit des Luftkissens erhöht wird.

Mit dem Innenring kann ferner eine Ringkappe verbunden sein, die mit einem axialen Ansatz einen Aufnahmeraum für den Außenring bei dessen Teleskopbewegung bildet. Hierdurch wird bei einem Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung unter Wasser auf wirksame Weise eine Kavitation an der Oberseite des Außenringes verhindert, weil sich auch unter Wasser in dem Aufnahmeraum Luft sammeln kann.

Zur weiteren Erläuterung sind nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gasexplosionsvorrichtung,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils der Fig. 2,

F i g. 4 eine F i g. 3 ähnliche Ansicht, die die Arbeitsweise der Dichtung nach der Erfindung zeigt,

F i g. 5 eine vergrößerte Teilansicht, die die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ventils zeigt,

F i g. 6 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasexplosionsvorrichtung und

F i g. 7 einen Vertikalschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Gasexplosionsvorrichtung nach F i g. 6.

Gemäß der Zeichnung, insbesondere F i g. 1 und 2, bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Gasexplosionsvorrichtung nach der Erfindung. Die Vorrichtung 10 weist ein Ober- bzw. Deckteil 11 und ein Unterbzw. Bodenteil 12 auf, die zusammen eine Explosionskammer A bilden, ferner einen Dichtungsring 13, ein Ventil 14 und einen Abgasstutzen 15. Das Bodenteil 12 weist eine kreisförmige Stahlplatte 16 mit einem nach oben gerichteten Zylinderflansch 17 •auf, der an seinem oberen Ende mit einem einstückig ausgebildeten, sich nach außen erstreckenden, kurzen Ringflansch 18 versehen ist. Das Deckteil 11 weist eine ringförmige, dicke Stahlplatte 19 mit einem Außendurchmesser auf, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Flansches 18, und ist weiterhin mit vier kleinen vertikalen Gewindebohrungen 20 versehen, die im 90°-Abstand voneinander etwa in der Mitte zwischen der Mittelöffnung 21 und dem Plattenrand auf der Platte 19 angeordnet sind. Der

ίο untere Teil 22 der Platte 19 besitzt etwa die gleiche Höhe wie der Flansch 17 der Bodenplatte 16 und einen Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der des Flansches 17, so daß die Deckplatte 19 koaxialüber der Bodenplatte 16 angeordnet werden kann, wobei der Teil 22 innerhalb des Flansches 17 und in geringem Abstand von diesem liegt. Der Teil 22 der Platte 19 ist an seinem unteren äußeren Ende nach innen abgesetzt, wodurch eine ringförmige Paßfläche 24 entsteht, die den O-Ring 13 aufnimmt.

In Fig. 3 ist der O- bzw.Dichtungsring 13, der aus Chloroprengummi besteht, oben auf der Bodenplatte 16 unmittelbar innerhalb- des Flansches 17 angeordnet dargestellt, so daß die Paßfläche 24: xlajauf aufliegt. Vorzugsweise ist die Dicke des Rings 13. so groß, daß der Boden der Platte 19 leicht von der Oberseite der Bodenplatte 16 abgehoben ist und die Seiten des Rings 13 die Seite der Platte 19 unter der Auflagefläche 24'und die Innenseite des Flansches; 17 gerade berühren. ,

Das Bodenteil 12 und das Deckteil 11 .sind mittels eines den Flansch 17 umgebenden metallenen Reifs, mittels aufragender Teile 27, die nahe dem Auspuff 15 an der Platte 19 befestigt sind, sowie mittels Querstücken 28, die bei 29 mit dem Teil 27 und bei 30 mit an dem Reif 26 befestigten Trägern 31 schwenkbar verbunden sind, federnd aneinander befestigt. Der Außendurchmesser des Reifs 26 ist so groß, daß er über die Platte 19 hinausgeht, so daß diese sich innerhalb der Träger 31 frei bewegen kann.

Zwischen an den Querstücken 28 bzw. der Deckplatte 19 befestigten Federhalterungen 33 und 34 sind Federn 32 angeordnet, durch die das Bodenteil 12 elastisch gegen das Deckteil 11 gedrückt wird. Die Federn 32 sind so bemessen, daß sie ein Ausheben der Platte 19 aus dem Bodenteil 12 verhindern und die Bewegung zwischen dem Bodenteil 12 und dem Deckteil 11 abfedern, wenn eine Explosion in der Kammer A auftritt.

Das Ventil 14 weist ein Ventilgehäuse 40, einen Kolben (Ventilelement) 44, eine Feder 45 und eine Federhalterung 46 auf. Zum Ventilgehäuse gehören zwei koaxial zylindrische Wände 41 und 42, die Abstand voneinander haben, der an ihren unteren Enden mittels einer sie verbindenden ringförmigen Endwand 43 geschlossen und an ihren oberen Enden offen ist. Die äußere Seitenwand 41 ist an ihrem oberen Ende mit einem Außenflansch 47 versehen und besitzt einen Durchmesser, der nur etwas geringer ist als der der Öffnung 21, so daß das Ventilgehäuse 40 in der Öffnung 21 Platz findet und der Flansch 47 auf der Oberseite der Platte 19 aufliegt. Die innere Seitenwand 42 besitzt eine bearbeitete Innenfläche, die an ihrem oberen Ende abgesetzt ist, wodurch ein Absatz 48 (F i g. 5) entsteht, und ist nahe ihrem unteren Ende mit einer Anzahl Öffnungen 49 versehen, die den -Ringraum zwischen den Wänden 41 und 42 mit der Mittelöffnung des Ventilgehäuses 40 innerhalb der Wand 42 verbinden.

Der Kolben 44 ist ein bearbeitetes Gußstück, das so bemessen ist, daß es dicht, aber gleitend in die zylindrische Wand 42 hineinpaßt, und weist an seinem oberen Ende einen Flansch 50 auf, der auf dem Absatz 48 aufliegt und die Abwärtsbewegung des Kolbens 44 an einer Stelle begrenzt, an der das untere, geschlossene Ende des Kolbens 44 mit der Unterseite der Platte 19 fluchtet, wenn der Kolben 44 von oben in die Mittelöffnung des Ventilgehäuses 40 heruntergeht:

Die Federhalterung 46 hat einen kurzen Stahlzylinder 51 (F i g. 2), der mit einem nach außen vorstehenden Ringflansch 52 an seinem unteren Ende und zwei, ein Tragkranz 53 bildenden, sich überschneidenden Stahl-Querblechen an seinem oberen inneren Teil versehen ist. Der zylindrische Teil 51 besitzt den gleichen Innendurchmesser wie die Seitenwand 41 des Ventilgehäuses 40 und ist über diesem angeordnet, wobei der Ringflansch 52 über dem Flansch 47 liegt. Der Zylinder 51 wird in dieser Lage mittels einer Reihe Kopfschrauben 54 gehalten, die durch Öffnungen in den Flanschen 47 und 52 in entsprechend angeordnete Gewindebohrungen um die öffnung 21 in der Platte 19 greifen. Die Feder 45 (F i g. 5) ist eine Blattfeder, die mittels Teilen 55 an zwei Kniegelenken befestigt ist, die aus je zwei bei 58 schwenkbar miteinander verbundenen Gliedern 56 und 57 bestehen. Die Glieder 56 sind bei 59 an einer Platte 60 angelenkt, die an ihrem Tragkreuz 53 befestigt ist. Die Glieder 57 sind bei 61 an einer Platte 62 angelenkt, die auf einem in den Kolben 44 ausgebildeten Absatz

63 aufliegt. Die Feder 45 drückt normalerweise die Gelenke nach außen und versucht sie geradezurichten. Auf der Platte 62 ist eine Manschette 64 angeordnet, durch die verhindert wird, daß die Gelenke sich völlig geraderichten.

F i g. 5 zeigt das Ventil in offener Stellung, um seine Arbeitsweise zu verdeutlichen. In dieser Stellung ist der Ventilkolben 44 gegen den Druck der Feder 45 angehoben und gibt die Öffnungen 49 frei, die mit dem Raum zwischen dem Deckteil 11 und dem Bodenteil 12 der Explosionsvorrichtung in Verbindung steht. Wenn die Glieder 57 angehoben werden, werden die Gelenke 58 einwärts geknickt, und die Feder 45 wird gebogen. Die Feder 45 übt in ihrer gebogenen Stellung eine Kraft aus, die dazu tendiert, die Gelenke geradezurichten und nach unten auf die Platte 62 und den Kolben 44 zu drücken. Da die Manschette

64 verhindert, daß die Gelenke geradegerichtet werden, bleiben sie ständig leicht nach innen geknickt und hindern die Arbeit des Ventils nicht. Ein auf der Platte 62 angeordneter elastischer Puffer 65 federt die Gelenke ab, wenn sie während der Tätigkeit des Ventils 14 geknickt werden. An der Platte 60 ist ein elastischer Ring 66 befestigt, um den Flansch 50 bei Tätigkeit des Ventils 14 abzufedern, und in dem Absatz 48 ist ein O-Ring 67 vorgesehen, um den Flansch 50 beim Schließen des Ventils 14 abzufedern. Kolbenringe 68 dichten das untere Ende des Kolbens 44 ab.

Der Auspuff 15 weist einen Zylinder 70 auf, der mit seinem offenen, unteren Ende über das obere Ende des Zylinders 51 und dessen Flansch 52 paßt und der an seinem oberen, geschlossenen Ende mit seitlichen öffnungen 71 versehen ist, durch die die durch das Ventil 14 aufsteigenden Gase in einen zweiten, hohlen, oben offenen Zylinder 72 abziehen, der über den Zylinder 70 paßt und auf einem Dichtungsband 73 aus Gummi oder anderem elastischem Material auf dem Deckteil 11, d. h. der Platte 19, der Kammer aufliegt. Die Zylinder 70 und 72 werden mittels einer an dem Tragkreuz 53 befestigten Schraube 74 festgehalten. Eine Abstandsmuffe 75 hält den Zylinder 70 in seiner Lage, und eine Mutter 76 drückt den Zylinder 72 fest gegen das Band 73. Die Zylinder 70 und 72 können dauernd an der Abstandsmuffe 75 befestigt sein. Zwei Rohrstutzen 77

ίο sind am oberen Teil des Zylinders 72 befestigt und dienen zum Anschluß von Rohren, die sich zur Wasseroberfläche erstrecken, wenn die Explosionsvorrichtung unter Wasser verwendet wird. Die Zylinder 70 und 72 wirken bei Tätigkeit der Vorrichtung als

is Füllkammer, aus der die Verbrennungsgase von der Explosionsvorrichtung 10 zwischen den Explosionen langsam in die Atmosphäre entweichen können.

Wie in F i g. 1 und 2 gezeigt, erfordert die Gasexplosionsvorrichtung 10 außerdem eine als Ganzes

so mit 80 bezeichnete Anlage zum Laden und Entzünden von Gas. Die Ladungs- und Zündungsanlage 80 weist im wesentlichen vier aufragende Leitungen 81 auf, die an ihren oberen Enden durch ein Sammelrohr 82 miteinander und mit getrennten, mit Ventilen versehenen Leitungen 83 und 84 verbunden sind, die zu Vorratsbehältern für Propylen oder ein anderes geeignetes brennbares Gas bzw. für Sauerstoff führen. Jede der Leitungen 81 weist einen Rohrabschnitt 85 auf, der an seinem unteren Ende in eine Gewindebohrung 20 der Platte 19 eingeschraubt ist, sowie eine Vierwegearmatur 86, die am oberen Ende dieses Rohrabschnitts 85 eingeschraubt ist. Das Sammelrohr 82 weist im wesentlichen geeignete Anschlußstücke, Kniestücke und T-Stücke sowie Rohrstücke auf, durch die eine U-förmige Verbindung zwischen den oberen Öffnungen der Vierwegearmaturen 86 und den mit Ventilen versehenen Leitungen 83 und 84 hergestellt wird, die vorzugsweise mit der Unterseite der U-Verbindung verbunden sind. Acht Zündkerzen 87, und zwar für jede Vierwegearmatur 86, sind an die seitlichen Öffnungen der Armaturen angeschlossen, so daß, wie in F i g. 2 am besten gezeigt, die isolierten Elektroden 88 jedes der so angeschlossenen Zündkerzenpaare einander in einer Armatur 86 gegenüberliegen. Acht so gelagerte Zündkerzen 87 sind außen in Reihe an eine geeignete elektrische Quelle 89 angeschlossen, von der in den Stromkreis eine hohe Spannung im typischen Fall in der Größenordnung von 70 000 Volt zu jedem gewünschten Zeitpunkt abgegeben werden kann.

Bei Betrieb wird die Gasexplosionsvorrichtung 10 an geeigneter Stelle mit dem Bodenteil 12 unterhalb einer Wasseroberfläche in gewünschter Tiefe, z. B. bis 15,24 m (50 Fuß) oder mehr angeordnet, wobei an die Rohrverbindungen 77 Rohre zur Wasseroberfläche angeschlossen sind. In der Regel reicht die Kraft der Feder 45 aus, um den Kolben 44 erst in Tätigkeit treten zu lassen, wenn in der Explosionsvorrichtung 10 ein Druck von 2,10 kg/cm² bzw. atü (30psig) erreicht ist. Die mit Ventilen versehenen Leitungen 83 und 84 werden daraufhin geöffnet und lassen Propylen und Sauerstoff ein, bis in der Explosionsvorrichtung ein Druck in der Größenordnung von 0,14 kg/cm² bzw. atü (2psig) erreicht ist. (Natürsich wird eine stöchiometrische Mischung von Sauerstoff und Propylen angestrebt, was auf einfache Weise durch Einführen der Gase derart erreicht wird, daß die Teildrücke in dem molaren Verhältnis einer

stöchiometrischen Mischung vorhanden sind, d. h. 4,5 :1 wie O₂: C₃H₆.) Wenn die Leitungen 83 und 84 geschlossen sine},, ist die Explosionsvorrichtung 10 richtig geladen, und eine Explosion kann einfach dadurch ausgelöst werden, daß zu einem gewünschten Zeitpunkt eine Hochspannungsquelle 89 betätigt wird, um die in Reihe geschalteten acht Zündkerzen 87 an Hochspannung zu legen. Es ist offensichtlich, daß selbst im Falle einer Verschmutzung von Zündkerzen 87 mindestens zwei aktive Funkenstrecken zwischen einer Elektrode 88 und Erde oder einer anderen Elektrode 88 vorgesehen sind, so daß die Detonation der Gasmischung in der Explosionsvorrichtung 10 ausgelöst wird, wobei die resultierende Explosion im wesentlichen gleichzeitig mit der Erregung der Zündkerzen 87 erfolgt.

Gemäß F i g. 3, die einen Querschnitt durch die Dichtung 13 und deren Umgebung beim Laden der Vorrichtung 10 zeigt, hat der Dichtungsring 13 im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, und die Flächen des Flansches 17, der Platte 16 und des unteren λ) Teils 22 der Platte 19 berühren den Ring 13 tangential. Bei Explosion der Gase richtet sich der anfängliche Explosionsdruck gegen das Bodenteil 12 wegen der größeren Masse des Deckteils 11, wodurch die gewünschte seismische Welle entsteht. Die weitere Ausdehnung der explodierenden Gase drückt das Bodenteil 12 relativ zu dem Deckteil 11 nach unten, da das Bodenteil vergleichsweise erheblich leichter ist als das Deckteil 11, wodurch die Feder 32 zusammengedrückt wird, die, wie oben beschrieben, nachgeben kann, wenn auch in begrenztem Maße. Zu diesem Zeitpunkt drücken die explodierenden Gase den Dichtungsring fest gegen die Stoßstelle zwischen dem Flansch 17 und dem Teil 22, wie in F i g. 4 angegeben, wobei der Ring 13 in Richtung auf diese Stoßstelle verformt wird.

Gleichzeitig mit der Relativbewegung des Bodenteils 12 und des Deckteils 11 wird jedoch der Kolben 44 noch schneller angehoben, wodurch das Innere der Gasexplosionsvorrichtung 10 durch das Ventil 44 und den Auspuff 15 entlüftet wird, wie in F i g. 5 gezeigt. Diese Entlüftung erfolgt so schnell, daß.der Druck normalerweise innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde abgelassen wird. Im allgemeinen ist nach einem solchen von dem Dichtungsring 13 abgefederten Druckabfall der zwischen dem Deckteil 11 und dem Bodenteil 12 verbleibende Druck der nicht entlüfteten Verbrennungsgase im wesentlichen unterhalb dem atmosphärischen Druck, und zwar in der Größenordnung von 0,35 kg/cm² absolut (5psia). Folglich ist es gewöhnlich unnötig, bei weiteren Explosionen das Innere der Gasexplosionsvorrichtung 10 zu reinigen, bevor sie wieder geladen wird, und das Laden geschieht so schnell, daß weitere Explosionen in sehr kurzen Abständen erfolgen können. Nach der Explosion werden das Deckteil 11 und das Bodenteil 12 mittels der Federn 32 sowie durch die durch hydrostatischen Druck ausgeübten Kräfte in ihre geschlossene Stellung zurückgebracht. Die Federn 32 verhindern auch, daß das Bodenteil 12 während der Verwendung der Explosionsvorrichtung unter Wasser von der Vorrichtung 10 getrennt wird. Das Schließen des Ventils 14 mit Hilfe von Gelenken ist zeitlich so bemessen, daß die Entlüftung der Kammer A stattfinden kann.

F i g. 6 zeigt eine bevorzugte weitere Ausführungsform einer Explosionsvorrichtung nach der Erfin dung, die ebenfalls ein Deckteil 110, ein Bodenteil 112, einen Dichtungsring 113, ein Ventil 114 und ein Abgasrohr bzw. einen Auspuff ,115 aufweist. Das Deckteil 110 weist eine ringförmige, dicke Stahlplatte 124 auf, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser eines Flansches 122 des Bodenteils 112-und weiterhin mit einer Vertiefung 126 ihrer Unterseite sowie mit einer Nut 128 auf der Seite versehen ist, die den Dichtungsring 113 aufnimmt. Die Vertiefung 126 der Platte 124 bildet zusammen mit der Bodenplatte 120 des Bodenteils 112 die Kammer A' der Explosionsvorrichtung. Die Platte 124 ist außerdem mit einer Ringnut 130 in ihrer Oberseite zwischen dem Außenrand und einer Mittelöffnung 132 versehen. Gegebenenfalls können zu beiden Seiten der Nut 130 zwei kleinere Ringnuten 134 und 134' vorgesehen sein (F i g. 6), um die Nut 130 abdichtende O-Ringe 146 bzw. 146' aufzunehmen. Die Nut 130 ist mit der Kammer A' durch zwei kleine vertikale Öffnungen 136 verbunden, die in Bezug aufeinander in 180°-Abstand um die Mittelöffnung 132 angeordnet sind. Die Platte 124 weist einen koaxial angeordneten, oberen Ring 138 auf, der an der Oberseite der Platte 124 befestigt ist und die Nut 130 bedeckt, wodurch ein ringförmiger Durchgang entsteht.

Das Ventil 114 .weist ein Ventilgehäuse 150, einen Kolben (Ventilelement) 152, eine Schraubenfeder 154 sowie ein Federgehäuse 156 auf. Im allgemeinen weist das Ventilgehäuse 150 zwei koaxiale zylindrische Wände 158 und 160 mit einem Zwischenraum auf, der an ihren unteren Enden mittels einer ringförmigen Endwand 162 geschlossen und an ihren oberen Enden offen ist. Die äußere Seitenwand 158 ist an ihrem oberen Ende mit einem sich nach außen erstreckenden Ringflansch 164 versehen und besitzt selbst einen Durchmesser, der nur wenig kleiner ist als der der Öffnung 132, so daß das.Ventilgehäuse 150 in der Öffnung 132 Platz findet, wobei der Flansch 164 der Oberseite der Platte 124 aufliegt. Die innere Wand 160 besitzt eine bearbeitete Innenfläche, die an ihrem oberen Ende abgesetzt ist und die mit einer Anzahl Öffnungen 166 nahe ihrem unteren Ende versehen ist, als Verbindung zwischen dem Ringraum zwischen den Wänden 158 und 160 und der Mittelöffnung des Ventilgehäuses 150 innerhalb der Innenwand 160. Der Kolben 152, der ein bearbeitetes Gußstück ist, das genau, aber immer noch gleitend innerhalb der zylindrischen Wand 160 angeordnet ist,

so weist an seinem oberen Ende einen Flansch 168 auf, der dem Absatz im oberen Ende der Wand 160 auf-: liegt und die Abwärtsbewegung des Kolbens 152 in einer Stellung begrenzt, in der das untere, geschlossene Ende die Öffnungen 166 in der Wand 160 abdichtet. Ein O-Ring 170 federt den Flansch 168 am Absatz ab. Kolbenringe 182 dichten den Kolben 152 an seinem unteren Ende ab.

Das Federgehäuse 156 ist ein kurzer Stahlzylinder 172, der zwei sich überschneidende Stahlquerplatten 176 in seinem oberen, inneren Teil, auf weist, die ein Tragkreuz bilden, an dem ein abwärts gerichtetes, zy-r lindrisches Stabteil 178 befestigt ist. Der zylindrische Teil 172 des Federgehäuses 156 ist oberhalb des Ventilgehäuses 150 angeordnet, wobei der Flansch 174 über dem Flansch 164 liegt, und das Federgehäuse 156 und das Ventilgehäuse 150 werden mittels einer Anzahl Kopfschrauben 180, die durch Bohrungen in den Flanschen 164 und 174 in entsprechend um die

Öffnungen 132 in der Platte 124 angeordnete Gewindebohrungen greifen, in einer Stellung gehalten, in der die Feder 154 zwischen der Unterseite des Tragkreuzes 176 und der Oberseite des geschlossenen Bodens des Kolbens 152 unter Druck gehalten wird. Die in dieser Stellung von der Feder 154 beanspruchte Höhe sowie die Länge des Kolbens 152 in bezug auf die Lage des Tragkreuzes 176 sind so bemessen, daß, wenn der Kolben 152 aufwärts so weit verschoben ist, daß die Feder 154 ihre maximale Kompression erreicht hat, die öffnungen 166 in der Seitenwand völlig frei liegen und die Kammer ΛΓ mit dem Ringraum zwischen den Wänden 158 und 160 und damit durch das Federgehäuse 156 und eine Abgasleitung 118 mit dem Äußeren der Explosionsvorrichtung verbindet. Das Rohr 118 kann durch den Auspuff 115 angeschlossen sein, wodurch Niederfrequenzcharakteristiken entstehen, die vorzugsweise eine obere Grenzfrequenz in der Größenordnung von 5 Schwingungen pro Sekunde haben. Das Gasladungssystem weist ein mit der Nut 130 in Verbindung stehendes Mischventil auf. Zu diesem Ventil gehören ein Teil 190, das in eine Öffnung 188 in dem Ring 138 eingesetzt ist. Dieses Teil 190 weist in der Mitte einen Durchgang 192 sowie eine der Nut 130 zugekehrte, konisch verjüngte Öffnung 194 auf. Ein oben an dem Ventil befindliches Teil 196 trägt ein abwärts gerichtetes Rohr 198, das in den Durchgang 192 und die Öffnung 194 eingesetzt ist, wo die Weite des Durchgangs durch die Öffnung 194 durch die Stellung des Rohrs 198 geregelt wird. Durch das Rohr 198 und das Teil 196 geht ein Durchgang 200. Getrennte, mit Ventilen versehene Anschlußleitungen, die durch die Pfeile 202 und 204 angedeutet sind und die zu Vorratsbehältern für Propylen oder ein anderes geeignetes, brennbares Gas bzw. für Sauerstoff führen, sind mit den Durchlässen 192 bzw. 200 verbunden. Zwei O-Ringe 206 und 206' dichten das Teil 196 gegen das Teil 190 ab. Das Zündungssystem weist zwei (nicht gezeigte) Zündkerzen auf, die in Öffnungen in dem Ring 138 zu beiden Seiten des Ventils angeordnet sind, sich durch den Ring 138 erstrecken und mit der Nut 130 in Verbindung stehen. Außen sind die so gelagerten Zündkerzen elektrisch an eine geeignete (nicht gezeigte) elektrische Quelle angeschlossen, wie bereits in F i g. 1 gezeigt.

Am äußeren Rand der Bodenplatte 120 ist eine Abschirmung 250 befestigt, z. B. durch Verwendung der ein Teil 210 mit dem Flansch 122 verbindenden Schrauben. Ohne die Abschirmung 250 könnte die Bodenplatte 120 durch eine Explosion in der Kammer A' in ihrer Mitte nach oben durchgebogen werden. Theoretisch wird angenommen, daß infolge des Fehlens einer Stütze unter der Bodenplatte im Wasser und der Tatsache, daß Wasser nicht kompressibel ist, das Wasser schneller an den Rändern entweicht als von der Mitte der Bodenplatte 120. Ein Durchbiegen der Platte 120 kann die Tätigkeit der Vorrichtung stören, da dadurch die-Durchgänge 136 und/oder das Ventil 114 geschlossen werden könnten. In der Abschirmung 250 sind Luftlöcher 252 vorgesehen, durch die beim Versenken der Vorrichtung Luft entweichen kann. Der untere Rand der Abschirmung 250 besitzt eine wellige Form, wodurch die Gefahr einer Kavitation des Bodens 120 (Hohlraumbildung, Lunkerung) vermindert wird.

Ein als Ganzes mit B bezeichnetes, zwischen aufragenden Teilen 210 und 212 gebildetes Luftkissen hält das Bodenteil 112 elastisch an dem Deckteil 110. Das Teil 212 ist an der Deckplatte 124 mit einem Flansch 214 angeschraubt und weist einen oberen Flansch 216 auf, der an einem Flansch 218 des Auspuffs 115 anliegt. Der Flansch 216 ist an dem Flansch 218 mittels eines O-Rings 220 abgedichtet, und der Flansch 214 ist an der Deckplatte 124 mittels eines O-Rings 222 abgedichtet, wodurch zwischen dem

ίο Teil 212 und dem Auspuff 115 ein Luftraum I entsteht. Das Teil 120 ist über einen Flansch 224 mit dem Flansch 122 des Bodenteils 112 verschraubt. Das Teil 210 erstreckt sich nach oben und innen auf das ^: Teil 212 zu und berührt dieses gleitend. Das Teil 210 berührt das Teil 212 mit einer verbreiterten. Stelle 226 und ist dort mittels O-Ringen 228 abgedichtet,' wodurch ein Luftraum II entsteht. Das Teil 212 kann gegebenenfalls zum Schutz gegen Seewasser mit einem Metall 256, z. B. Monelmetall, ummantelt sein. Der Luftraum II wird normalerweise mittels eines Schlauches 230, der sich durch den Flansch 216 erstreckt (nicht gezeigt), mit unter Druck stehender Luft, z. B. unter einem Druck von etwa 1,05 bis 1,40 kg/cm² (atü) gefüllt. Der Luftdruck in dem Luftraum II wird durch ein Überströmventil 254 mit verminderter Geschwindigkeit in den Raum I geführt, der dementsprechend als Plenumkammer für die Luftfeder dient. Der Luftraum I dient zur Aufnahme der verschiedenen Schlauchanschlüsse 202 und 204 für das Gasladesystem, das Mischventil, die Zündkerzen (nicht gezeigt), den Schlauch 230 usw., und der Druck in dem Luftraum I dient zum Fernhalten von Wasser.

Wie in F i g. 7 gezeigt, kann eine Glocke an dem Flansch 216 des Teils 212 befestigt sein, die sich mit einem Teil 240 nach außen über, das Teil 210 erstreckt. Ein nach unten gerichteter Rand 242 des Teils 240 bildet oberhalb des Teils 210 einen Luftraum, in dem das Teil 210 sich frei bewegen kann.

Wenn das Teil 210 sich gegenüber dem darüber befindlichen Wasser frei bewegt, tritt Kavitation des Teils auf. Auch entweicht ein Teil der Explosionskraft, die die seismische Welle erzeugt, in das Wasser. Die Gasexplosionsvorrichtung ist im Einsatz an einer geeigneten Stelle mit dem Bodenteil unterhalb der Wasseroberfläche in gewünschter Tiefe, z. B. bis 15,24 m oder mehr, angeordnet, wobei die Abgasleitung 118 mittels Rohren mit der Atmosphäre über der Wasseroberfläche verbunden ist. In der Regel ist die Kraft der Feder 154 ausreichend, um zu bewirken, daß der Kolben 152 erst arbeitet, wenn in der Explosionskammer A' ein Druck in der Größenordnung von 2,10 kg/cm² (atü; 30 psig) erreicht ist. Durch die Leitungen 202 und 204 wird Propylen und Sauerstoff eingeführt, bis in der Kammer A' ein Druck in der Größenordnung von 0,14 kg/cm² (atü; 2 psig) erreicht ist. (Dabei wird natürlich eine stöchiometrische Mischung aus Sauerstoff und Propylen angestrebt, die erreicht wird, indem die Gase derart eingeführt werden, daß die Teildrücke der beiden Gase im molaren Verhältnis einer stöchiometrischen Mischung vorliegen, d. h. 4,5 :1 wie O₂ : O₃H₆.) Das Mischventil gewährleistet eine, ausreichende Mischung der Gase. In der Luftkammer ΪΙ wird durch Luftzufuhr über die Leitung 230 ein Druck eingestellt, der ausreicht, um das Bodenteil 112 und das Deckteil 110 zusammenzuhalten und nach der Explosion in ihre Ausgangsstellung zurückzuführen. Bei der

Explosion der Gase richtet sich die Initialkraft der Explosion gegen das Bodenteil 112, da das Deckteil 110 eine größere Masse besitzt, und erzeugt die gewünschte seismische Welle. Die !Weitere Ausdehnung der explodierenden Gase drückt den Bodenteil 112 in bezug auf das Deckteil 110 nach unten, da das Bodenteil 112 wesentlich leichter ist als das Deckteil 110 und tendiert dazu, die von dem Luftraum II gebildete Luftfeder zusammenzudrücken. Zu diesem Zeitpunkt drücken die explodierenden Gase den Dichtungsring 113 fest gegen die zwischen dem Flansch 122 und der Deckplatte 124 vorhandene Stoßfläche, wobei sich der Ring 113 zu dieser Stelle hin verformt. Zur gleichen Zeit, zu der die Relativbewegung zwischen dem Bodenteil 112 und dem Deckteil 110 stattfindet, wird jedoch der Kolben 152 noch schneller angehoben, wodurch die Kammer/1' durch das Ventil 114 und den Auspuff 115 entlüftet wird. Diese Entlüftung geht so schnell vor sich, daß der Druck normalerweise innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde nachläßt und nach der Entlüftung der

nicht entlüfteten Verbrennungsgase, die zwischen dem Deckteil 110 und dem Bodenteil 112 verbleiben, im wesentlichen unter atmosphärischem Druckliegt, und zwar in einer Größenordnung von 0,35 kg/cm² absolut (5 psia). Daher ist es gewöhnlich bei anschließender Zündung nicht erforderlich, das Innere der Gasexplosionsvorrichtung vor dem Neuladen zu reinigen, und das Neuladen geschieht so schnell, daß ein wiederholtes Zünden in relativ kurzen Abständen

ίο möglich ist. Nach einer Explosion kehren das Deckteil 110 und das Bodenteil 112 in ihre geschlossene Stellung zurück, und zwar sowohl durch den im Luftraum II herrschenden Luftdruck als auch durch die durch das Gewicht des Deckteils 110 und den hydrostatischen Druck erzeugten Kräfte. Der in dem Luftraum II herrschende Luftdruck verhindert außerdem, daß das Bodenteil 112 bei Verwendung der Explosionsvorrichtung unter Wasser von der Vorrichtung getrennt wird. Das Schließen des Ventils 114 mit Hilfe der Feder 154 ist zeitlich so bemessen, daß die Kammer A' entlüftet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von seismischen Wellen mit einem Bodenteil und einem Deckelteil, die teleskopartig vertikal beweglich miteinander verbunden sind, mit einer Rückführung von Bodenteil und Deckelteil in ihre Ausgangsstellung, und zwischen denen eine Explosionskammer mit Gaszuleitungen und mit einer Zündeinrichtung ausgebildet ist, sowie mit einem Auslaß für expandierende Gase, gekennzeichnet durch ein rückführendes Federelement (32 in Fig. 1, 2, II in Fig. 6; 7). J ÜN

2. Vorrichtung, .nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federelement wenigstens eine Schraubenfeder (32) vorhanden ist. ...

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß- als Federelement" wenigstens ein Luftkissen (II) vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schraubenfedern (32) vorhanden sind, die sich einerseits an der Oberseite des Deckelteils (19) und andererseits jeweils an einem mit dem Deckelteil (19) gelenkig verbundenen Bügel (28) abstützen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge-' kennzeichnet, daß sich die Bügel (28) in radialer Richtung des Deckelteils (19) erstrecken und daß deren radial äußere Enden über Verlängerungsstücke (31) untereinander durch einen Haltering (26) verbunden sind, der einen Flanschteil des Bodenteils (16) unterfaßt.

6. Vorrichtung ^!nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftkissen (II) durch einen mit dem Bodenteil (120) fest verbundenen Außenring (210) gebildet wird, der sich oberhalb des Deckelteils (19) erstreckt und an dem nach innen dichtend ein mit dem Deckelteil (19) fest verbundener Innenring (212) mit einer Zylinderwand anliegt.

7. Vorrichtung.nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenring (212) ein Luftvolumen (I) ausgebildet ist, das mit dem Luftkissen (II) durch ein Drosselventil (254) verbunden ist. . Λ ,

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftkissen (II) mit einer Zufuhrleitung (230) für Druckluft verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Innenring (212) eine Ringkappe (240) „verbunden ist, die mit einem axialen Ansatz (242) einen Aufnahmeraum für den Außenring (210) bei dessen Teleskopbewegung bildet (F i g. 7).