DE1902295C3

DE1902295C3 - Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser

Info

Publication number: DE1902295C3
Application number: DE1902295A
Authority: DE
Inventors: Jacques Rueil-Malmaison Cholet (Frankreich)
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1968-01-18
Filing date: 1969-01-17
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE1902295A1; NL168622C; DE6901762U; DE1902295B2; GB1251127A; FR1602897A; US3545563A; NL168622B; NL6900865A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichiung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser, durch plötzliches Erzeugen eines Abstandes zwischen zwei gegeneinander bewegbaren zunächst aneinander gedrückten Platten, bei der eine Platte mit einem Kolben und die andere Platte mit einem den Kolben aufnehmenden Zylinder verbunden ist, sowie mit einer durch den Kolben und den Zylinder begrenzten Arbeitskammer, die im getauchten Zustand der Vorrichtung mit einem Arbeitsmedium füllbar ist (World Oil: Septemter 1967, Seiten 69 bis 71).

Diese Veröffentlichung »World Oil« beschreibt eine implosionerzeugende seismische Energiequelle. Hierbei wird als Arbeitsmedium Druckluft zur Entfernung der Metallplattcn voneinander gegen einen Kolben geführt. Probleme stellen sich, wenn der mit Hochdruckluft beaufschlagte Kolben ausgelöst werden soll; zudem ist man auf eine Quelle hohen Druckes, hochdrucksichcrc Zuleitungen zum Speicherraum angewiesen. Auch stellt der möglicherweise über längere Zeil unter hohem Druck stehende Speicherraum, seine Kupplungen sowie seine ebenfalls unter hohem Druck stehenden Zuführungen einen Sicherheitsfaktor dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den energetischen Wirkungsgrad einer solchen Implosionsvorrichiung wesentlich zu erhöhen und dabei doch den hohen bzw. höchsten Druck nur im Augenblick der Implosion bzw. kurz vorher in Kauf nehmen zu müssen.

Erreicht wird dies überraschend einfach dadurch, daß das Arbeitsmedium ein explosives Gasgemisch ist und daß der Kolben ferner unter der Wirkung einer Gegendruckkammer steht, deren Volumen im umgekehrten Sinn wie das Volumen der Arbeitskammer variiert
Der besonders heftige Druckanstieg in der Brennkammer bei der Maßnahme nach der Erfindung, der im Augenblick des Zündens herbeigeführt wird, löst offensichtlich Schallimpulse besonders hoher Energie aus. Es entstehen Schallwellen größerer Intensität als bisher möglich. Wesentlich unterstützt wird diese Maßnahme durch die Anordnung der Gegendruckkammer, unter deren Wirkung der Arbeitskolben steht. Sind die Verbrennungsgase ausgetreten, so wird die neue Brennstoff/Oxidationsträgerfüllung aufgrund der Gegendruckkammer praktisch vorkomprimiert, die Platten w erden gegeneinander gezogen. Hiermit wird die Folge der seismischen »Schüsse« wesentlich erhöht.

Bei Vorrichtungen, die Druckgase direkt in das Wasser leiten, sind im Zusammenhang mit in Zylindern verschiebbaren Kolben bereits Explosivstoffe benutzt worden (siehe z. B. belgische Patentschrift 6 55 629). Allerdings hat dies nichts mit einer implosion zu tun.

Vorzugsweise ist auf der gleichen mit der beweglichen Platte starr verbundenen Kolbenstange ein zweiter mit dem plattenseitigen Zylinderraum die Gegendruckkammer bildender Kolben vorgesehen. Durch diese Anordnung wird es möglich, zwischen den beiden Kolben einen Zwischenraum zu belassen, so daß beispielsweise der Arbeitskolben die Verbrennungsgasaustrittsöffnungen noch freilegen kann, während in die

ίο Gegendruckkammer bereits ein Druckmedium eingeleitet wird. Durch die starre Verbindung der beweglichen Platte mit dem Arbcitskolben ist die direkte Abhängigkeil zwischen der Vergrößerung der Gegendruckkammer und der Annäherung der Platten aneinander

r> gegeben.

Baulich besonders einfach wird die Maßnahme, wenn Gegendruckkammer und Arbeitskammer im gleichen Zylinder ausgebildet sind.

Einmal aufgrund der Wirkung der Gegendruckkammer. zum anderen aufgrund der Zündung eines Explosivgemischcs in einer Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser aufgrund von Implosion wird also der energetische Wirkungsgrad der Vorrichtung wesentlich erhöht.

⁴~> Die äußere Formgebung kann strömungsgünsiig und stabilisiert durch Flossen erfolgen, so daß die Betätigung von einem Seefahrzeug aus günstig ist.

Die Gegendruckkammer ist im allgemeinen zwischen einer zylindrischen festen, an einem Ende auf der Seile

">" der beweglichen Platte geschlossenen Wandung und einem fest mit der beweglichen Platte verbundenen Kolben begrenzt

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Diese zeigt in

''"' Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Abgabe akustischer Wellen in Wasser, wobei die Platten einander angenähert sind,

F i g. 2 .schemalisch eine Tcildarstellung im Schnitt

^wl der in Fig. I dargestellten Ausführungsform, wobei die Platten gegeneinander gespreizt bzw. voneinander entfernt sind.

Die als beispielsweise Ausführungsfonn in Fig. I dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Hohlzylinder 1

^h"> aus einem explosionsbeständigen Material, der an einem Ende mit einer Platte 2 versehen ist, die eine Öffnung 3 trägt. Diese Anordnung ist insgesamt ortsfest.
Eine Stange 4 tritt in den Zylinder 1 durch die Öffnung

3 ein und ist in diesem Zylinder verschiebbar. Sie ist an ihrem innerhalb des Zylinders gelegenen Ende mit einem ersten Kolben 5 versehen, der unter Berücksichtigung eines Spieles gleich dem Innendurchmesser des Zylinders ist und weist in bestimmter Entfernung von dem Ende einen zweiten Kolben 6 von gleichem Durchmesser wie der erste auf.

Die Stange 4 ist ebenfalls an ihrem außerhalb des Zylinders gelegenen Ende mit einer Platte 7 versehen, die sich gegen die Platte 2 in Annäherungsstellung legt.

Die Länge der Stange 4 ist derart gewählt, daß, werden die Platten 2 und 7 gegeneinander angenähert, der Kolben 5 den Boden des Zylinders nicht erreicht und so einen Raum 8 beläßt, der als Brennkammer verwendet wird. ιϊ

Der Raum 8 wird mit Bestandteilen eines flüssigen oder gasförmigen Explosivgemisches über Kanäle 9 und 10 beispielsweise gespeist, die jeweils durch Einspritzeinrichlungen 11 und 12 gesteuert sind. Ein mit elektrischem Strom über Leiter 14 gespeistes Zündorgan 13 sorgt für die Entzündung des Expiosivgemisches in der Kammer 8.

Die zylindrische Wandung des Zylinders 1 ist mit Gasauslaßöffnungen 15 versehen, die zwischen den Kolben 5 und 6 sich befinden, wenn die Platten einander 2=> angenähert sind. Diese Öffnungen können mit der äußeren Umgebung durch einen freien Auslaß, beispielsweise mittels eines Ringkanales 15;/in Verbindung stehen, der durch ein Auslaßrohr 15ö verlängert ist. Eine durch ein Ventil 19 gesteuerte Druckluftzuführung 16 jo mündet im Zylinder 1 in der Nähe der Platte 2. Der durch die Wandung des Zylinders I in der Nähe der Platte 2, die Platte 2 und den Kolben 6 begrenzte Raum wird als Gegendruckkammer ausgenutzt.

Die Gesamtheit der beschriebenen Einrichtung kann r> in einen stromlinienförmigen Körper 17 eingebaut sein, um in getauchten Zustand die Navigation zu erleichtern. Mittels eines Seiles 18 wird sie von einer nicht-dargestcllten beweglichen Installation aus geschleppt.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist in die folgende:

Nachdem die bewegliche Platte 7 gegen die feste Platte gedrückt ist, werden über die Kanäle 9 und 10. die jeweils durch die Einspritzeinrichtungen 11 und 12 gesteuert sind, flüssige oder gasförmige Bestandteile « eines Expiosivgemisches in den die Brennkammer bildenden Raum 8 geschickt. Das Explosivgemisch wird mittels einer Kerze 13 gezündet, die durch das Kabel 14 mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist. Das Gemisch explodiert dünn in der Brennkammer und schiebt den Kolben 5, der im Zylinder 1 gleitet, heftig zurück, bis der kreisförmige Anschlag bzw. Kolben 6 durch die Platte 2 im Inneren des Zylinders angehalten wird.

Der Kolben 5 nimmt bei seiner Bewegung über die Stange 4 die Platte 7 mit, die sich plötzlich und heftig von der Platte 2 entfernt. In diesem Augenblick entsteht das Vakuum zwischen diesen Platten und das heftig diesen leeren Raum füllende Wasser löst eine Schallwelle aus.

Der Kolben 5 hat bei seiner Verschiebung gegen die Platte 2 hin die öffnungen 15 freigelegt. Die Verbrennungsgase treten über den Kanal 15a und das Rohr 156 in die Umgebung aus.

Wünscht man, die bewegliche Platte 7 an die feste Platte 2 vor einem neuen Arbeitsablauf erneut anzunähern, so führt man Druckluft in d?·: Zylinder über den Kanal 16 in der Nähe der Platte 2 ein, um auf den Kolben 6 eine Kraft auszuüben. Die Luft muß auf einen Druck wesentlich über dem hydrostatischen Druck komprimiert sein, der auch über dem Einspritzdruck iür die Bestandteile des Expiosivgemisches liegen muß, um die Platte / gegen die Platte 2 während des Einspritzen der Bestandteile gedrückt zu halten.

Auf diese Weise können sich bei Beendigung des Einspritz- oder Einlaßvorganges die Speisegase der Kammer auf einem bereits erhöhten Druck vor der Entzündung des Gasgemisches befinden, wodurch der energetische Wirkungsgrad der Vorrichtung in beachtlicher Weise erhöht werden und ein wesentlich heftigerer Druckanstieg in der Brennkammer im Augenblick des Zündens herbeigeführt werden kann.

Die zur Verschiebung der beweglichen Platte benutzte Vorrichtung weist Vorteile hinsichtlich Einfachheit und Wirtschaftlichkeit auf.

Am Austrittskanal 156 kann man ein Ventil oder einen Schieber vorsehen, der es verhindert, daß das Wasser in diesen Kanal eindringt, indem trotzdem der Austritt der Gase bei einem Druck oberhalb des hydrostatischen Druckes gewährleistet ist. Auch kann man die Luft- oder Brennstoffzuführung zur Brennkammer so ausbilden, daß in dieser eine wirksjme Spüiung der verbrannten Gase herbeigeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser, durch plötzliches Erzeugen eines Abstandes zwischen zwei gegeneinander bewegbaren zunächst aneinander gedrückten Platten, bei der eine Platte mit einem Kolben und die andere Platte mit einem den Kolben aufnehmenden Zylinder verbunden ist, sowie mit einer durch den Kolben und den Zylinder begrenzten Arbeitskammer, die im getauchten Zustand der Vorrichtung mit einem Arbeitsmedium füllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium ein explosives Gasgemisch ist und daß der Kolben (5) ferner unter der Wirkung einer Gegendruckkammer steht, deren Volumen im umgekehrten Sinn wie das Volumen der Arbeitskammer (8) variiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gleichen mit der beweglichen Platte (7) £i£T verbundenen Kolbenstange (4) ein zweiter mil dem plattenseitigen Zylinderraum die Gegendruckkammer bildender Kolben (6) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gegendruckkammer und Arbeitskammer im gleichen Zylinder ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Beaufschlagung (16) der Gegendruckkammer mittels Druckluft.

5. Vorrichtungnach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) gegec Endeseinvs Arbe:<shubcs Austrittsöffnungen (15) für die Verbrt.inungsgasc freilegt.