DE2222141C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen in einer Flüssigkeit durch Implosion - Google Patents

Description

Kammer mit einer nachgiebigen Membran versehen ist, die den Durchgang des Wassers von der ersten zur zweiten Kammer verhindert.

Vorteilhaft bei der Maßnahme nach der Erfindung ist auch, daß zur Emission von Schallwellen kein Brenngemisch und auch keine Luft sehr hohem Druck benutzt werden muß. Keinerlei schwere mechanische in Bewegung zu haltende Bauteile sind notwendig. Die Energie, die erzeugt wird, ist größer als bei bisherigen Einrichtungen.

Die Maßnahme nach der Erfindung hat auch erhebliche Vorteile gegenüber Schallwellen erzeugenden Einrichtungen etwa nach Art der DE-PS 18 10 010 oder US-PS 33 69 627, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. Bei ersterer werden Schallwellen durch plötzliche Kontraktion des Volumens eines geschlossenen dichten von außen zugänglichen Raums erzeugt. Sie wird aus zwei festen beweglichen Elementen, die an ihrem Umfang wieder über eine dichte Membran vereinigt sind, gebildet.

Nach Herstellung des Unterdrucks wird ein Blockiermechanismus zwischen den beiden Elementen entriegelt. Nach der zweiten bekannten Maßnahme werden zwei ursprünglich in Kontakt miteinander stehende Platten plötzlich voneinander entfernt, indem ein Gas oder ein gasförmiges Explosivgemisch verwendet wird. Ausgenutzt wird die zwischen den Platten auftretende seismische Wellen erzeugende Kavitation. Gegenüber diesen bekannten Maßnahmen ist aufgrund der vorliegenden Erfindung kein großer Aufwand erforderlich.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform, wobei die Schieber in Ansaugstellung in der zweiten Kammer stehen;

Fig. 2 im Längsschnitt die Stellung, in der der Schieber auf Lieferung in den beiden Kammern steht;

Fig. 3 schematisch einen Längsschnitt mit einem anderen Ventil mit einer trarierten Feder;

Fig. 4 einen Teillängsschnitt, bei der die Öffnung der ersten Kammer mit einer Membran versehen ist;

Fig. 5 Im Längsschnitt eine Variante zur Vorrichtung bestehend aus zwei symmetrischen Kammern, die jeweils mit einer Membran versehen sind;

Fi g. 6 schematisch einen Längsschnitt, wobei die erste Kammer mit einer Membran und innen mit einem steifen perforierten Teil, das als Anschlag für die Membran dient, versehen ist; und

Fig. 7 schematisch einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Zylinder, um in der zweiten Kammer ein-ϊη Druck hervorzurufen, der viel kleiner als der in der ersten Kammer herrschende Ist. '

Nach den Flg. 1 und 2 umfaßt die Emsisionsvorrichtung zwei röhrenförmige Elemente 1 und 2, die über ein Drosselbauteil 3 vereinigt sind. Diese Vorrichtung ist aus einem steifen, für akustische Wellen durchlässigen Material hergestellt. Sie kann aus Stahl bestehen.

Ein Zweiwegschieber 4 kann eine Verbindung zwischen den Elementen 1 und 2 herstellen oder diese in dichter Weise unterdrücken. Das röhrenförmige Element 1 ist an seinem dem Drosselbauteil gegenüberliegenden F.nde offen, während das röhrenförmige Element 2 an seinem dem Drosselbauteil gegenüberliegenden Ende geschlossen ist. Das Element 2 ist mit einem Kreis zum Einführen von komprimiertem Gas in das Innere dieses Elementes versehen, um dieses zu evakuieren und hierin im wesentlichen das Vakuum aufzubauen. Dieser Kreis umfaßt einen Kompressor 5, der über zwei Schieber 6 bzw. 7 an zwei Leitungen 8 und 9 angeschlossen ist, die jede in das Innere des röhrenförmigen Elementes 2 müi.den.

Der Schieber 6 umfaßt eine Lieferstellung gegen die

Umgebungsluft und eine Lieferstellung in das Element 2.

Der Schieber 7 weist eine Ansaugstellung gegenüber

der Umgebungsluft und eine Ansaugsteliung gegenüber dem Element 2 auf.

Die Vorrichtungsanordnung wird getauscht, und über ein Kabel 10 mit einer Oberflächeninstallation 11 verbunden.
Der in Fl g. 1 dargestellt Schieber 4 ist ein Kugelschleber jnit Drosselklappe mit einem Kanal Aa, der die röhrenförmigen Elemente 1 und 2 in Verbindung setzt, wenn seine Längsachse in Richtung der Längsachse des Drosselbauteils 3 angeordnet wird. Dichtungen 12 sorgen für die Abdichtung zwischen dem Kanal Aa und den EIementen 1 und 2 während der Schließperiode des Schiebers 4.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist die folgende: Bei offenem Schieber führt, wenn der Schieber 6 sich In Förderstellung gegen das röhrenförmige Element 2 befindet und sich der Schieber 7 in Saugstellung gegenüber der Unigebungsluft (F 1 g. 2) befindet, der Kompressor 5 über die Leitung 8 und den Schieber 6 Druckluft In das röhrenförmige Element 2, bis diese ebenfalls das Innere des Elementes 1 einnimmt und Wasser durch dessen Öffnung verdrängt. Man schließt dann den Schieber 4.

Nachdem der Schieber 6 in Öffnungsstellung gegenüber der Umgebungsluft gesetzt Ist und der Schieber 7 sich In Ansaugstellung im Element 2 (Fig. 1) befindet, zieht der Kompressor 5 über die Leitung 9 und den Schieber 7 im röhrenförmigen Element 2 enthaltene Luft ab und stellt hierin im wesentlichen das Vakuum her.

In diesem Moment öffnet man den Schieber 4. Die Im röhrenförmigen Element 1 enthaltene Druckluft entspannt sich in das Element 2 und eine Wassermasse stürzt von Außen in das Element 1. Die Strömung dieser Wassermasse wird plötzlich durch das Drosselbaute!! 3 gebremst. Es stellt sich dann eine Erschütterung ein, die eine Schallwelle erzeugt, welche für die seismische Prospektion brauchbar ist.

Der Schieber 4 und sein Kreis zur Druckluftspeisung und zum evakuieren werden von der Oberflächeninstallation aus gesteuert; der Steuerkreis hierfür Ist nicht dargestellt.

Man kann so beliebig den Vorgang wiederholen, während die Oberflächeninstallation sich auf einem vorgewählten Weg verschiebt und Schüsse bei rascher Folge, beispielsweise alle 10 Sekunden, abgeben. Fi g. 3 zeigt die gleiche Vorrichtung wie Fl g. 1, die im übrigen mit einem regelbaren Ventil 13 ausgestattet Ist. Dieses Ventil ist mit einer Rückstellfeder 14 versehen. Die Feder 14 ist derart tariert, daß das Ventil 13 nicht durch den Luftstrom, der zu seinen beiden Selten zirkuliert, mitgenommen wird; und daß vielmehr dieses Ventil 13 mitgenommen wird, sobald die Luft durch das folgende Wasser ersetzt Ist. Die Tarierung dieser Feder ist einfach; der Wasserstrom übt auf das Ventil eine Mitrelßeriraft aus, die sehr viel größer als der Luftstrom ist. Das Ventil schließt dann das Drosselbauteil 3, wenn es durch das Wasser mitgenommen wird.

Die durch diese Einrichtung erhaltene Schallenergie ist natürlich wesentlich größer als die, welche man durch die Vorrichtune ohne Ventil erhält.

Mehrere Schiebearten können zum Verschließen des Drosselbautells 3 verwendet werden.

Man kann gleichfalls die Druckluftzuführungsleitung 8 oder eine Umführung dieser Leitung direkt In das Element münden lassen bzw. für das diesbezügliche Freigeben sorgen.

Nach einer Variante der Vorrichtung, von der ein Detail schematisch In Flg. 4 dargestellt 1st, kann der offene Teil des Elementes 1 mit einer nachgiebigen Membran 15 versehen sein. Das Drosselbautell zwischen den Elementen 1 und 2 kann beispielsweise durch eine Wandung 17 gebildet sein, die mit einer öffnung 18 versehen Ist, welche Intermittierend durch ein Ventil 16 mit mechanischer oder elektromagnetischer Steuerung oder auch durch einen Schieber mit Drosselklappe geschlossen wird. Wird das Element 1 In Unterdruckstellung versetzt, wobei die Stellung des Ventlles 16 die Verbindung zwischen den Elementen 1 und 2 ermöglicht, stürzt die Wassermasse In den Hohlraum des Elementes

1 und die Membran wird gegen die Trennwandung 17 zwischen den Elementen 1 und 2 gedrückt. Damit die Membran nicht über die von diesem Ventil freigegebenen öffnung 18 angesaugt wird, 1st die Membran mit einem steifen Teil 19 an einem Ort entsprechend dem der Öffnung 18 versehen.

Die Wassermasse wird plötzlich aufgehalten und führt so zu einer akustischen Welle nach dem gleichen Prinzip wie vorher. Unter Verwendung dieser Ausführungsform vermeidet man jeglichen Eintritt In das Element 2.

Um die Energie der Emissionsquelle zu verstärken, kann man zwei Vorrichtungen vom vorhergehenden Typ miteinander koppeln (Flg. 5). In diesem Fall Ist das Element 2 ein gemeinsames und die Elemente 1 sind zu beiden Selten dieses Elementes ausgebildet und bilden sich gegenüberstehende Enden.

Nach einer abgeänderten in Flg. 6 dargestellten Ausführungsform ist das Element 1 auch noch mit einer Membran 15 ausgestattet und ebenfalls Innen mit einer perforierten Wandung 20 mit mehreren öffnungen von geringem Durchmesser versehen. Während der Unterdruckperiode des Elementes i legt sich die Membran gegen diese Wandung ohne erhebliche Verformung in den Öffnungen und zwar aufgrund dessen, daß so viele Öffnungen vorhanden s'nd. In diesem Fall ist das steife Bauteil 19 nicht mehr r.otwendlg.

Nach der Ausführungsform nach Fig. 7 umfaßt die Vorrichtung einen fest mit dem röhrenförmigen Element

2 verbundenen Zylinder 21 der in der Verlängerung hiervon auf der anderen Seite des Drosselbautells 3 angeordnet ist. Zwei Kolben 22 und 23 gleiten jeweils im Element 2 und im Zylinder 21 und sind fest über eine Stange 24 vereinigt, welche die Element und Zylinder gemeinsame Endwandung 31 durchsetzt. Die beiden Kolben sind an Ihrem Umfang mit Dichtungen 29 und 30 versehen. Die Abdichtung zwischen dem Element 2 und dem Zylinder 21 wird über eine Dichtung 32 sichergestellt. Zwei Leitungen 25 und 26 münden zu beiden Selten des Kolbens 30 und sind mit einem nicht dargestellten Speisekreis für unter Druck stehendes Fluid,

to beispielsweise öl, verbunden. Die Vorrichtunge umfaßt einen Schieber 4, welcher gleich der der Ausführungsform nach Fig. 1 1st. Sie umfaßt Im übrigen eine Leitung 28, die mit komprimiertem Fluid, (beispielsweise Luft) gespeist Ist, welche In den Teil des Elementes 1 mündet, die dem Drosselbautell 3 am weitesten benachbart Ist. In der Wandung des Elementes 2 In der Nähe uei Endwandung 31 vorgesehene öffnungen 27 setzen dieses mit der äußeren Umgebung In Verbindung.
Die Arbeltswelse dieser Vorrichtung ist die folgende:

Bei offenem Schieber wird Fluid unter Druck über die Leitung 26 eingeführt und stößt den Kolben 23 gegen die Endwandung 31. Der fest mit dem Kolben 23 verbundene Kolben 22 verdrängt im Element 1 den größeren Teil der hierin enthaltenen Wassermasse. Man schließt dann den Schieber 4 und führt Fluid über die Leitung 28 ein, um das Element 1 vom größeren Teil des darin enthaltenen Wassers zu entleeren. Dann führt man Fluid unter Druck über die Leitung 25 zu. Beim Rücklauf nimmt der Kolben 23 den Kolben 22 bis zur Endwandung 31 mil. Ein sehr erheblicher Unterdruck wird in dem Teil des Elementes 2 zwischen dem Drosselbautell 3 und dem Kolben 22 durch Bewegung hiervon erzeugt. Das plötzliche Eindringen von Wasser, hervorgerufen durch das Öffnen des Schiebers 4 und seine Abbremsung durch das Drosselbauteil 3 führen zu einer Schallwelle In der vorbeschriebenen Welse.

Man kann ebenfalls die Leltunng 28 in die Kammer 2 In der Nähe des Drosselbautells 3 münden lassen. In diesem Falle führt man, wenn der Kolben sich am Ende sei-

¹⁾⁰ nes Weges In der Nähe des Drosselbautells 3 befindet und der Schieber 4 offen 1st. Fluid über die Leitung 28 zu. Das Wasser wird aus dem durch den Kolben 22 und das Drosselbautell 3 begrenzten Restvolumen der Kammer 2 und aus der Kammer 1 verdrängt.

Im Rahmen weiterer Ausführungsbeispiele kann man beispielsweise die durch Zylinder 21 sowie die beiden bezüglich einander festen Kolben 22 und 23 gebildete Anordnung an einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen vorsehen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Schallwellen in einer Flüssigkeit durch Implosion, mit zwei Kammern, deren erste mit einer ersten Öffnung und einer zweiten öffnung verbunden ist, über die die außen befindliche Flüssigkeit eindringen kann, einem System zur Lieferung eines Fluids bei zwei unterschiedlichen Drücken, von denen der eine höher, der andere tiefer als der hydrostatische um die Vorrichtung herum herrschende Druck Ist, und Einrichtungen zur Herstellung eines dieser beiden Drücke in der zweiten Kammer und um den größeren Druck an die erste Kammer zu legen, derart, daß die darin enthaltene Flüssigkeit ausgetrieben wird und die zweite Kammer mit der ersten Kammer deran zusammenwirkt, daß die hieraus entleere Flüssigkeit hiermit erneut Zugang während der Implosion erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung der ersten Kammer (1) eine in einem die beiden Kammern verbindenden Drosselstück (3) untergebrachte Leitung Ist, wobei die Leitung Einrichtungen zugeordnet Ist, die einen Intermittierenden Verschluß zwi schen den beiden Kammern herbeiführen, wobei der Querschnitt der ersten Öffnung sehr viel kleiner als der Querschnitt der ersten Kammer Ist, derart, daß die Flüssigkeit abgebremst wird, die das Drosselstück nach öffnen der Verschlußeinrichtungen erreicht hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtungen, die den Verschluß zwischen den Kammern (1, 2) herstellen, einen Zwei wegschieber (4) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtungen, welche einen Verschluß zwischen den Kammern (1, 2) herstellen, ein mit einer Tarlerungsanordnung (14) versehenes Ventil (13) umfassen, derart, daß ein Druckluftdurchlaß möglich und ein Wasserdurchgang blockiert Ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung der ersten Kammer (1) mit einer nachgiebigen Membran (15) versehen Ist, diesen Durchgang der Flüssigkeit In Form von Wasser von der ersten zur zweiten Kammer verhindert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit einem steifen Bauteil (19) versehen Ist, welches in Anschlagstellung der Membran die Verbindung zwischen den Kammern (1,

2) unterbindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer mit einer perforierten Wandung (20), die einen Anschlag für die Membran bildet, versehen ist.

7. Vorrichtung nach Ansrpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die in der zweiten Kammer einen verminderten Druck herstellen, der sehr viel geringer als der in der ersten Kammer herrschende 1st, einen KolOen (22) und eine Einrichtung umfassen, welche den Kolben veranlaßt, im Innern ^ω der zweiten Kammer (2) zu gleiten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die den Kolben (22) zur Gleitbewegung veranlaßt, einen fest mit der zweiten Kammer (2) verbundenen Zylinderkörper (21) sowie einen in diesem Körper gleitenden Kolben (23), der translatorisch fest mit dem Kolben (22) verbunden ist, aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schallwellen in einer Flüssigkeit durch Implosion, mit zwei Kammern, deren erste mit einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung verbunden ist, über die die außen befindliche Flüssigkeit eindringen kann, einem System zur Lieferung eines Fluids bei zwei unterschiedlichen Drücken, von denen der eine höher, der andere tiefer als der hydrostatische um die Vorrichtung herum herrschende Druck 1st, und Einrichtungen zur Herstellung eines dieser beiden Drücke in der zweiten Kammer und um den größeren Druck an die erste Kammer zu legen, derart, daß die darin enthaltene Flüssigkeit ausgetrieben wird und die zweite Kammer mit der ersten Kammer derart zusammenwirkt, daß die hieraus ent leerte Flüssigkeit hiermit erneut Zugang während der Implosion erhält.

Eine solche Vorrichtung wurde bereits durch die DE-PS 21 47 827 vorgeschlagen.

Bei der älteren Vorrichtung wird eine an einem Ende offene Kammer durch ein einfahrbares Dichtungselement geschlossen; ein komprimiertes Gas wird in die Kammer über eine Einrichtung eingeführt und wieder abgezogen. Der Unterdruck wird durch eine pneumatische Einrichtung hervorgerufen. Die Form des einfahrbaren Dichtungselementes ist eine Blase oder Hülle, die, nachdem sie einmal aufgeblasen Ist, in der Lage ist, die Öffnung zu verschließen und ein verstärktes Abführen von in der Kammer enthaltener Luft zu ermöglichen.

Eine solche Vorrichtung ist nicht so günstig, da die das Dichtungselement bildende nachgiebige Hülle mechanischen wiederholten Beanspruchungen ausgesetzt ist, die auf Dauer das Dichtungselement beschädigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches verformbares Element zu vermeiden, wobei der Unterdruck nicht mehr in einer Kammer hergestellt werden soll, die direkt gegen die äußere Umgebung offen ist.

Erreicht wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art überraschend erfindungsgemäß dadurch, daß die erste Öffnung der ersten Kammer eine in einem die beiden Kammern verbindenden Drosselstück untergebrachte Leitung 1st, wobei die Leitung Einrichtungen zugeordnet Ist, die einen intermittierenden Verschluß zwischen den beiden Kammern herbeiführen, wobei der Querschnitt der ersten Öffnung sehr viel kleiner als der Querschnitt der ersten Kammer ist, derart, daß die Flüssigkeit abgebremst wird, die das Drosselstück nach Öffnen der Verschlußeinrichtungen erreicht hat.

Durch die Maßnahme nach der hrlindung ist der Raum, In dem der Unterdruck erzeugt wird, nicht mehr gegen das äußere Medium nach Schließen der Öllnung offen, Ist vielmehr in einer Sekundilrkammer. die zeitweise durch ein Schieberventil beispielsweise gegen die erste Kammer isoliert Ist. erzeugt. Wasser wird zeitweise außerhalb der ersten Kammer nicht mehr durch ein Dichtungselement, sondern durch das zunächst in die erste Kammer eingeführte komprimierte Gas gehalten Die Abzugsgeschwindigkeit des Gases in die erste Kammer bei geöffnetem Schieberventil ist dabei ausreichend schnell, um den Wassereinbruch in die erste Kammer in keiner Weise zu behindern.

Eine Beeinflussung von der äußeren Umgebung ist praktisch ausgeschlossen.

Zweckmäßig Ist, daß die Absperreinrichtung, welche einen Verschluß zwischen den Kammern herstellt, ein mit einer Tarierungsanordnung versehenes Ventil umfaßt, derart, daß ein Druckluftdurchlaß möglich und der Wasserdurchgang blockiert Ist.

Günstig Ist es, wenn die zweite Öffnung der ersten