DE2202289C2

DE2202289C2 - Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen durch Implosion

Info

Publication number: DE2202289C2
Application number: DE2202289A
Authority: DE
Inventors: Jasques Rueil-Malmaison Cholet
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1971-01-19
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1984-03-29
Also published as: AU457145B2; DK136381B; NL7200678A; NL176495B; AU3792872A; BE778107A; FR2122676A5; ES398978A1; YU10772A; BR7200282D0; JPS5536954B1; YU40091B; DE2202289A1; GB1335495A; DK136381C; NL176495C; US3833087A; NO130083B; YU293879A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser durch Implosion, mit einem ersten an einem seiner Enden offenen, am anderen Ende geschlossenen Zylinder, einem ersten im ersten Zylinder gleitenden Kolben sowie Einrichtungen zur intermittierenden Bewegung des ersten Kolbens bezüglich des ersten Zylinders über eine Verschiebungsentfernung, die größer als die Länge des ersten Zylinders ist. Eine solche Vorrichtung ergibt sich aus der US-PS 33 69 627.

Hierbei wird über pneumatische Einrichtungen sehr

schnell eine zweite Platte von einer ersten Platte entfernt. Die erste Platte verfügt über einen äußeren Rand; der Durchmesser der zweiten Platte ist kleiner als dieser Rand; Wasser kann zwischen beiden eindringen. Werden die beiden Platten plötzlich voneinander entfernt, so bricht Wasser in den co geschaffenen Hohlraum ein und erzeugt Schallwellen. Bei dieser Vorrichtung ist die erzeugte akustische Energie um so größer, je größer die Entfernungsgeschwindigkeit der Platten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Emissionsquelle bzw. Vorrichtung anzugeben, bei der es nicht mehr notwendig ist, Platten eine besonders hohe kinetische Energie zu erteilen, um eine besondere Wirkung zu erzielen

Erreicht wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs

so genannten Art überraschend durch besondere Dichtungseinrichtungen zur Abdichtung des Raums zwisc'nen dem geschlossenen Ende des ersten Zylinders und dem ersten Kolben gegenüber dem umgebenden Wasser wenigstens während der Verschiebungsphase des ersten Kolbens gegen das offene Ende des ersten Zylinders; und durch Einrichtungen, die den Raum zwischen dem geschlossenen Ende des ersten Zylinders und dem ersten Kolben intermittierend bei einer Volumenvergrößerung zum umgebenden Wasser hin abdichten, bei einer Volumenverminderung hingegen mit dem umgebenden Wasser verbinden.

Wesentlich für die Maßnahme nach der Erfindung ist. daß im Gegensatz zur US-PS 33 69 627 der Kolben dicht im Zylinder gleitet. Im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung hängt die Wirkung der Vorrichtung nach der Erfindung nicht von der Entfernungsgeschwindigkeit des Kolbens vom Boden des Zylinders, vielmehr vom Unterdruck ab, der im Zylinder herrscht, wenn der

Kolben vom Zylinder freikommt Der Wirkungsgrad ist ausgezeichnet; das erhaltene Signal ist rein und pulsiert nicht: dies ist besonders günstig für die Anwendung in der seismischen Prospektion. Es ist keinerlei Element vorhanden, welches raschen Bewegungen ausgesetzt ist Seine Arbeitsweise ist einfach; sein Preis liegt hoch. Die Einrichtungen, weiche intermittierend die äußere Umgebung und das Innere des Zylinders mit dem umgebenden Wasser in Verbindung setzen, erträglichen es so, dieses nach jeder Implosion abzuziehen.

Es ist möglich, in unterschiedlicher Weise das nach der Verwendung im Zylinder enthaltene Wasser abzuziehen. Das Abziehen erfolgt über einen Verbindungsdurchlaß durch den Kolben, der einer Schließklappe zugeordnet ist die beispielsweise aus einer mit Anschlagselementen versehenen Kugel oder einem verformbaren Element gebildet ist das fest mit der Außenwandung des Kolbens verbunden ist und sich gegen die Außenöffnung des Durchlasses legt

Vorzugsweise können die Dichtungseinrichtungen gebildet werden durch eine elastische Dichtung, welche den Ringdurchlaß zwischen Kolben un£ Zylinder schließt Handelt es sich bei der elastischen Dichtung zweckmäßig um eine verformbare auf dem Umfang des Kolbens angeordnete Lippendichtung, so kann sie gleichzeitig als Dichteinrichtung während der Rückzugsphase des Kolbens und als Einrichtung eingesetzt werden, die für eine intermittierende Verbindung zwischen der äußeren Umgebung und dem Inneren des Zylinders sorgt, indem sie sich während der Eintrittsphase des Kolbens in diesen verformt

Die Einrichtungen zum Bewegen des Kolbens bezüglich des Zylinders umfassen einen zweiten translatorisch fest mit dem ersten Kolben verbundenen zweiten Kolben, der in einem zweiten Zylinder innerhalb des ersten oder diesem gegenüber liegend gleitverschieblich ist Weiter umfassen sie eine Druckfluiderzeugereinrichtung, die mit dem Inneren des zweiten Zylinders zur Bewegung des zweiten Kolbens in Verbindung steht

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich besonders dazu, hinter einem Meeresfahrzeug für eine praktisch kontinuierliche Exploration eines unter Wasser befindlichen Bodenabschnitts geschleppt zu werden.

Eine Eirtfernungsbegrenzung bezüglich des Erdbodens i?t nicht gegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand der Figuren näher erläutert werden, in denen

F i g. 1 schematisch einen Teilschnitt durch eine erste Ausführuiigsform der Vorrichtung in einer Lage zeigt, wo der Kolben im Zylinder sitzt;

F i g. 2 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch die erste Ausführungsform in einer Lage, wo der Kolben vom Zylinder freigegeben ist;

F i g. 3 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig.4 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung; und

F i g. 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen.

Nach F i g. 1 ist ein erster Zylinder 1 vorgesehen, in dessen Innerem ein erster Kolben 2 gleitet. Dieser Kolben wird mittels eines zweiten Kolbens 3 mittels einer Stange 4 bewegt, cie über Befestigungselemente 5 gegen den Kolben 2 festgelegt ist. Der Kolben 3 gleitet in einem zweiten fest mit dem ersten Zylinder verbundenen Zylinder 6. Der Kolben 3 verschiebt sich im Zylinder 6 infolge Wirkung eines hydraulischen Systems beispielsweise mit Kanälen 7 und 8 zur Zuführung des Fluids jeweils in die Räume 9 und 10, die sich zu beiden Seiten des Kolbens 3 befinden. Der Kolben 2 ist mit Ventilen 11, beispielsweise in Kugelgestalt zum Verschließen der Kanäle 12 versehen, die in dem Fleisch bzw. in der Tiefe des Kolbens

ι ο ausgenommen sind. Die Verschiebung der Ventile in den Kanälen wird einerseits mittels einer Schulter 13 begrenzt die am Ende des gegen den Boden des Zylinders 1 vorgesehenen Kanals ausgebildet ist, und andererseits mittels im Kanal angeordneten Anschlägen 14.

Der Kolben 2 ist mit Dichtungselementen 15 versehen, die für eine günstige Abdichtung zwischen Kolben 2 und Zylinder 1 sorgen. Der Zylinder 1 und der Kolben 2 können einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und die Elemente 15 können Torusdichtungen aus elastischem Material sein.

Der Kolben 3 ist mit Dichtungselementen 16 versehen.

Der aus einem widerstandsfähigem Material hergestellte Kolben 2 kann eine gewisse Dicke aufweisen und zum "ieil, um die Vorrichtung leichter zu machen, hinsichtlich seiner Tiefe ausgehöhlt sein.

Die Verschiebung des Kolbens 3 im Inneren des Zylinders 6 ist größer als die Verschiebung des Kolbens

jo 2 im Inneren des Zylinders 1.

Die Arbeitsweise einer solchen Vorrichtung ist die folgende: Wenn der Kolben 3 sich am Boden des Zylinders 6 befindet, was einer Stellung des Kolbens 2 am Boden des Zylinders 1 entspricht so gibt man Fluid

(Wasser, öl oder beispielsweise Luft) in den Raum 9 über den Kanal 7. Der Kolben 3 gleitet im Zylinder 6 und entfernt sich von dessen Boden und nimmt über die Stange 4 den Kolben 2 mit, der sich vom Boden des Zylinders 1 entfernt Da die Kanäle 12 mit der äußeren Umgebung in Verbindung stehen, drückt der Druck des Wassers die Ventile 11 gegen die Schultern 13 der Kanäle und sorgt für deren Verschließen. Auf diese Weise bildet sich, wenn der Kolben 2 wasserdicht im Zylinder 1 gleitet, in diesem ein Hohlraum 17.

Da die Verschiebung des Kolbens 3 im Inneren des Zylinders 6 größer als die Verschiebung des Kolbens 2 im Inneren des Zylinders 1 ist, gibt es einen Augenblick, wo der Kolben 2 aus dem Zylinder 1 (F i g. 2) austritt. In diesem Augenblick bricht das Wasser aus der Außenumgebung in diesen Raum ein und sorgt für eine Implosion, welche eine Schallwelle erzeugt, da sich Unterdruck im Raum 17 eingestellt hat.

Nach dieser Implosion läßt man Fluid in den Raum 10 des Zylinders 6. Der Kolben 3 kehrt gegen den Boden des Zylinders 6 zurfick und nimmt den Kolben 2 mic, der gegen den Boden des Zylinders 1 zurückkehrt. Die Ventile 11 entfernen sich von den Schultern 13 und geben die öffnungen der mit dem Zylinder 1 in Verbindung stehei Jen Kanäle 12 frei. Das im Raum 17 enthaltene Wasser wird dann gegen die äußere Umgebung über die Kanäle 12 abgezogen.

Nach der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich der zweite Zylinder 6 im Inneren des ersten Zylinders 1 und ist konzentrisch zu diesem.

Nach einer zweiten Ausführungsform der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung erfolgt die Dichtung zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 mittels einer

Lippendichtung 18, die auf dem Umfang des Kolbens 2 befestigt ist. Diese Dichtung 18 ist in nur einer Richtung verformbar. Sie übernimmt die Rolle eines Ventils, indem sie das im Raum 17 enthaltene Wasser aus dem Zylinder 1 entweichen läßt, wenn der Kolben 2 sich '-> gegen den Boden dieses Zylinders verschiebt und verbleibt in einer Dichtungsstellung, wenn der Kolben 2 sich in Richtung des öffnens des Zylinders 1 verschiebt, !.n diesem Fall ist der Übergang intermittierender Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders und dem äußeren flüssigen Medium der Ringübergang, der zwischen dem Zylinder 1 und dem Kolben 2 existiert.

Nach einer dritten in Fig.4 dargestellten Ausführungsform befindet sich der zweite Zylinder 6 nicht im Inneren des Zylinders 1. Er liegt ihm gegenüber; die r> beiden Zylinder sind fest miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Boden vereinigt, der von der den Kolben 3 mit dem Kolben 2 verbindenden Stange 4 durchsetzt wird.

Der Kolben 2 und der Zylinder 1 haben eine Profilform, die für das plötzliche Eindringen des Wassers in den Zylinder günstig ist. Der Kolben 2 umfaßt Auslaßkanäle 12, die intermittierend durch Ventile geschlossen werden, welche durch Platten 19 aus einem verformbaren Material gebildet sind, von denen ein Ende am Kolben 2 befestigt ist.

Nach einer vierten Ausführungsform der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung liegt der den Kolben 3 enthaltene Zylinder 6 dem Zylinder 1 auf der Seite von dessen öffnung gegenüber. Die beiden Zylinder sind fest miteinander, beispielsweise über Stäbe 20, verbunden. Der Kolben 3 ist immer mit dem Kolben 2 über eine Stange 4 verbunden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser durch Implosion, mit einem ersten an einem seiner Enden offenen, am anderen Ende geschlossenen Zylinder (1), einem ersten und im ersten Zylinder gleitenden Kolben (2) sowie Einrichtungen zur intermittierenden Bewegung des ersten Kolbens bezüglich des ersten Zylinders über eine Verschiebungsentfemung, die größer als die Länge des ersten Zylinders ist, gekennzeichnet durch besondere Dichtungseinrichtungen (15, 18) zur Abdichtung des Raums zwischen dem geschlossenen Ende des ersten Zylinders und dem ersten Kolben gegenüber dem umgebenden Wasser wenigstens während der Verschiebungsphase des ersten Kolbens gegen das offene Ende des ersten Zylinders; und durch Einrichtungen, die den Raum zwischen dem geschienenen Ende des ersten Zylinders (1) und dem ersten Kolben (2) intermittierend bei einer Volumenvergrößerung zum umgebenden Wasser hin abdichten, bei einer Volumenverminderung hingegen mit dem umgebenden Wasser verbinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die das umgebende Wasser intermittierend mit dsm Raum zwischen dem geschlossenen Ende des ersten Zylinders und dem ersten Kolben bzw. mit dem Inneren des ersten Zylinders (1) in Verbindung setzen, gebildet werden durch wenigstens einen Verbindungsdurchlaß (12) durch den ersten Kolben (2), wobei der Verbindungsdurchlaß einem gegen das umgebende Wasser sich öffnenden Rückschlagventil zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch l·. dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil gebildet wird durch eine freie Kugel (11) und daß im Verbindungsdurchlaß ein Sitz (13) vorgesehen ist, gegen den die Kugel sich abstützt, sobald der erste Kolben sich gegen das offene Ende des ersten Zylinders verschiebt und weiter ein Anschlagelement (14) zur Begrenzung der Verschiebung der Kugel angeordnet ist, wenn der Kolben sich gegen das Zylinderinnere verschiebt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Rückschlagventil gebildet wird durch ein verformbares fest mit der Außenwandung des ersten Kolbens verbundenes Element (19), das sich gegen die Außenöffnung des Durchlasses legt, wenn der erste Kolben sich gegen das offene Ende des ersten Zylinders verschiebt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtungen wenigstens eine elastische Dichtung (15) umfassen, die den Ringdurchlaß zwischen erstem Zylinder und erstem Kolben (2) während der Verschiebungsphase des letzteren gegen das offene Ende des ersten Zylinders verschließen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, welche intermittierend das umgebende Wasser mit dem Inneren des ersten Zylinders verbinden, ebenfalls durch die elastische Dichtung gebildet sind, die in Form einer in nur einer Richtung verformbaren Lippendichtung (18) auf dem Umfang des ersten Kolbens angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtungen zur Bewegung des ersten Kolbens bezüglich des ersten Zylinders einen zweiten dem

ersten Kolben zugeordneten Kolben umfassen, der in einem zweiten den ersten Zylinder zugeordneten Zylinder enthalten ist, sowie einen Druckfluiderzeuger, der mit dem Inneren des zweiten Zylinders über Offnungen (7. 8) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (6) konzentrisch innerhalb des ersten Zylinders angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtungen zur Bewegung des ersten Kolbens bezüglich des ersten Zylinders einen zweiten dem ersten Kolben zugeordneten Kolben, der in einem zweiten dem ersten Zylinder zugeordneten Zylinder enthalten ist, sowie eine Druckfluiderzeugereinrichtung, die mit dem Inneren des zweiten Zylinders über Öffnungen (7,8) in Verbindung steht, umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweiter Zylinder öffnungsseitig einander gegenüberliegend angeordnet sind.