DE2621782C2 - - Google Patents
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- G01V1/133—Generating seismic energy using fluidic driving means, e.g. highly pressurised fluids; using implosion
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckimpulsgenerator nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Druckimpulsgenerator dieser Art ergibt sich aus der US-PS 38 05 914.
Für seismische Untersuchungen und ähnliche Anwendungsfälle ist
es erforderlich, abrupte seismische Impulse tief in engen Bohrlöchern
zu erzeugen. Für seismische Untersuchungen werden kräftige
Impulse im Boden in Bohrlöchern erzeugt und dazu verwendet,
geologische Zustände und Formationen unter der Erdoberfläche
zu erforschen. Zu anderen Anwendungsfällen, bei denen
die plötzliche Freigabe von Druckgas benutzt wird, um abrupte
kräftige Impulse in einem Bohrloch zu erzeugen, können beispielsweise
Testvorgänge und Signalvorgänge gehören sowie
andere praktische Anwendungsfälle, die möglicherweise erst
in Zukunft noch weiter entwickelt werden, wenn die technische
Entwicklung in diesem Gebiet fortschreitet.
Das Bohren von Bohrlöchern in den Boden für seismische Untersuchungen
ist sehr teuer und die Kosten für die Bohrung und die
Kosten für die Bohrwerkzeuge erhöhen sich rasch, wenn die Bohrlochdurchmesser
über 7,6 cm ansteigen. Aus Kostengründen
ist es daher erwünscht, den Bohrlochdurchmesser auf etwa
7,6 cm zu beschränken.
Der hier verwendete Begriff "Druckgas" soll jedes unter Druck
stehende Gas oder jedes unter Druck stehende Gemisch von Gasen
umfassen, die in einem Druckgas-Impulsgenerator verwendet werden
können, beispielsweise komprimierte Luft, komprimiertes
Kohlendioxid, komprimierter Stickstoff, komprimierter Dampf
und dergleichen. In vielen Fällen ist es leichter und billiger,
komprimierte Luft zu verwenden, die von einem fahrbaren Kompressor
oder von ortsbeweglichen Tanks geliefert wird; daher
wird Luft als zu verwendendes Druckgas bevorzugt. In bestimmten
Fällen, beispielsweise wenn anzunehmen ist, daß das Bohrloch
brennbare Dämpfe oder Gase enthält, kann es erwünscht sein,
ein nichtbrennbares Gas zu verwenden, beispielsweise Kohlendioxid
oder Stickstoff. Als "unter Druck stehend" soll in
diesem Zusammenhang ein Druck verstanden werden, der wesentlich
über dem Atmosphärendruck liegt, beispielsweise in dem
bevorzugten Druckbereich von 35 kp/cm² bis
380 kp/cm², wobei aber gelegentlich auch höhere
oder niedrigere Drücke des Druckgases verwendet werden können.
Druckgas-Impulsgeneratoren, die für
die Verwendung für seismische Untersuchungen unter Wasser in
Mooren, Sümpfen oder im Schlamm verwendet werden können, sind
in der US-PS 38 08 822 des Anmelders beschrieben. In den
US-PS 37 07 848 und 37 93 844 sind Verfahren und Vorrichtungen
beschrieben zum Erhöhen der Tragfähigkeit des Bodens,
wobei ein Druckgas-Impulsgenerator verwendet wird, der in ein
hohles rohrförmiges Bauteil eingesetzt ist, das im Boden angeordnet
ist; der Druckimpulsgenerator gibt rasch und abrupt das
Druckgas nahe am oberen Ende des Impulsgenerators frei, um
kräftige Impulse zu erzeugen, um das Material, beispielsweise
Sand, Kies, Beton oder dergleichen, das in dem hohlen Bauteil
nach unten zugeführt wurde, wiederholt nach außen in den Boden
zu drücken, um eine die Last aufnehmende Materialsäule zu erzeugen.
Eine hierzu verwendbare Vorrichtung ist auch in der
US-PS 38 08 823 beschrieben. Die in den genannten Patentschriften
beschriebenen Druckgas-Impulsgeneratoren
werden ausgelöst, indem die unter hohem Druck
stehende Luft oder ein anderes darin enthaltenes Gas abrupt
freigegeben und in die Umgebung abgelassen wird.
Die bekannten Druckimpulsgeneratoren weisen im allgemeinen als
für die Funktion wichtige Bauteile eine Ladekammer auf, die das
Gas unter hohem Druck hält, eine Freigabeeinrichtung, die betätigt
werden kann, um das Druckgas abrupt durch Entladeöffnungen
freizugeben, die in den Wänden der Ladekammer vorgesehen
sind, eine Einrichtung zur Zufuhr von unter hohem Druck
stehendem Gas zur Ladekammer, und eine Steuereinrichtung, die
die Betätigung der Freigabeeinrichtung steuert, um das Druckgas
freizugeben. Die Freigabeeinrichtung weist allgemein hin-
und herbewegbare Bauteile auf, einen ersten Kolben oder Freigabekolben,
der in der Ladekammer angeordnet ist, um das Druckgas
dort zu halten, und einen zweiten Kolben oder Steuerkolben,
der in einem Arbeitszylinder oder einer Steuerkammer angeordnet
ist, in der das Druckgas gegen den hin- und herbewegbaren
Kolben wirkt, um ihn in seiner "geschlossenen" Stellung zu
halten, bis er freigegeben wird. Die bewegbaren Kolben sind
durch einen Schaft miteinander verbunden, der hin- und herbewegbar
zwischen dem Arbeitszylinder und der Ladekammer angeordnet
ist und hohl ausgeführt ist, damit ein Druckgasvorrat erst
in den Arbeitszylinder und von dort in die Ladekammer strömen
kann.
Die Druckgas-Impulsgeneratoren können selbstauslösend ausgeführt
sein, indem die Größenverhältnisse der beaufschlagten Flächen
der Kolben entsprechend gewählt werden, oder sie können durch
ein Solenoidventil ausgelöst werden, das betätigt wird, um
die Strömung des Druckgases durch verschiedene Auslösekanäle
zu steuern, um zu bewirken, daß die hin- und herbewegbaren
Teile abrupt in Tätigkeit treten. Ein geeignetes Solenoidventil
ist in der US-PS 35 88 039 beschrieben. Diese beiden Betriebsweisen
der Druckgas-Impulsgeneratoren sind in der
US-PS 33 79 273 des Anmelders beschrieben; zur weiteren Erläuterung
dieser Druckimpulsgeneratoren wird daher auf diese
Patentschriften verwiesen. Weitere Einzelheiten über Druckimpulsgeneratoren
sind auch den US-PS 32 49 177 und
36 53 460 des Anmelders zu entnehmen.
Der Einsatz von Druckgas-Impulsgeneratoren in Bohrlöchern im
Boden erfordert die Berücksichtigung der Umgebungsverhältnisse,
wobei es beispielsweise wichtig ist, ob möglicherweise störende
Materialien in der Umgebung vorhanden sind, wie Schmutz, Kies
und dergleichen. Hinzu kommt, daß Bohrlöcher, die wirtschaftlich
hergestellt werden sollen, im allgemeinen einen kleinen
Durchmesser haben, beispielsweise etwa 7,6 cm; ein Druckgas-
Impulsgenerator, der dort eingeführt werden soll, soll
einen Außendurchmesser und eine Form haben, die es ermöglichen,
den Generator ohne Schwierigkeiten in ein derartiges Bohrloch
einzuführen. Der Druckimpulsgenerator, dessen Verwendung in
den US-PS 37 07 848 und 37 93 844 beschrieben ist, kann in
ein Rohr eingeführt werden, das einen Durchmesser von ungefähr
15 cm bis 1,5 m hat; der zur Verwendung bei
seismischen Unterwasseruntersuchungen bestimmte Druckluft-
Impulsgenerator kann einen Durchmesser haben, der es ermöglicht,
den Generator durch das Wasser zu ziehen, beispielsweise
über 12,7 cm, um ein großes Ladevolumen aufzunehmen.
Keiner dieser Druckimpulsgeneratoren, die in den
obigen Patentschriften des Anmelders beschrieben werden, passen
in schmale, mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand herstellbare
Bohrlöcher mit einem Durchmesser von etwa 7,6 cm.
Die US-PS 38 05 914 zeigt einen Druckimpulsgenerator
mit einem länglichen, aus mehreren Bauteilen
bestehenden Gehäuse. Dieses besteht aus dem
eigentlichen Hochdruckkammerbauteil und an dessen
Enden verschraubten weiteren Bauteilen, die
Entladeöffnungen aufweisen, die mittels Ventilen
verschließbar sind. Die Ventile öffnen und schließen
gleichzeitig bei unterschiedlichen
Druckverhältnissen in den Druckräumen der
Bauteilkammern. Der bekannte Druckimpulsgenerator
weist den Nachteil auf, daß zum Herbeiführen der
erörterten Druckausbreitung eine Vielzahl von
Bauteilen erforderlich sind. So müssen zwei Ventile
zum Abdecken der in zwei Ebenen befindlichen
Entladeöffnungen vorhanden sein, es müssen die
Ventile starr miteinander verbunden werden, was
einen erhöhten Führungsaufwand für die Ventile in
den entsprechenden Bauteilen bedingt. Der bekannte
Druckimpulsgenerator weist zudem den Nachteil auf,
daß das Gehäuse aus mehreren Bauteilen
unterschiedlichen Außendruckmessers
zusammengeschraubt ist, wodurch das Einführen des
Druckimpulsgenerators in das Bohrloch einerseits
schwierig ist, andererseits eine Reparatur, Reinigung
oder ein Auswechseln von Bauteilen einen erhöhten
Arbeitsaufwand bedingt.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein zur Verwendung
als seismische Quelle innerhalb eines Bohrloches
geeigneter Druckimpulsgenerator der eingangs genannten Art geschaffen werden, der
ohne Schwierigkeiten in Bohrlöcher für seismische
Untersuchungen eingeführt werden kann, wobei dieser
möglichst einfach mit geringem Durchmesser und
variabler Länge und wartungsfreundlich ausbildbar sein
soll.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß
aufgrund des Kennzeichens von Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im Gehäuse sind axial in einer Linie die wirksamen Bauteile
des Druckgas-Impulsgenerators übereinandergestapelt angeordnet.
Die Wände des rohrförmigen Gehäuses weisen Gaskanäle
auf, um Druckgas von einer äußeren Quelle zuzuführen,
sowie Gaskanäle, um Gas für die Betätigung, d. h. das Auslösen
des Druckimpulsgenerators zu fördern. Das rohrförmige Gehäuse
ist länglich und hat einen geringen Durchmesser, so daß es in
Bohrlöcher mit kleinem Durchmesser paßt. Die Enden des Gehäuses
können mit Gewinde versehen sein zur Aufnahme von aufschraubbaren
Endverschlüssen, um darin die wirksamen Bauteile oder
Elemente sicher abzuschließen. Der Endverschluß kann eine konische
Nase am vorderen Ende der Vorrichtung aufweisen, um die
Einführung in das Bohrloch zu erleichtern, während der Endverschluß
am hinteren Ende zur Aufnahme eines Gaszufuhranschlusses
eines Schlauches, elektrischer Anschlüsse und dergleichen geeignet
ist. Das rohrförmige Gehäuse weist die Gasentladungsöffnungen
auf zur abrupten Freigabe von unter hohem Druck stehendem
Gas. Die wirksamen Bauteile des Druckgas-Impulsgenerators, wie
die Ladekammer, der Arbeitszylinder, die Hin- und Herbewegungseinrichtung
mit ihrem Verschlußkolben und ihrem Steuerkolben,
die Solenoidventileinrichtungen und die Abtrenneinrichtungen,
die die verschiedenen Kammern voneinander trennen, sind alle
herausnehmbar und gestapelt angeordnet, so daß sie schnell und
einfach herausgenommen werden können zur Reparatur, Reinigung
und/oder zum Auswechseln von Bauteilen oder zum Einstellen von
Bauteilen zur Veränderung der Kammerkapazitäten, um die Kenngrößen
der Vorrichtung und die Arbeitsparameter zu ändern.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellungsweise und teilweise
im Schnitt einen Druckgas-Impulsgenerator,
wobei dessen einzelne Bauteile in ihrer
gegenseitigen Lage vor dem Zusammenbau gezeigt sind,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Druckgas-Impulsgenerator
nach Fig. 1 nach dem Zusammenbau und vor der Einführung
in ein Bohrloch, und
Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt zur genaueren Darstellung
von Einzelheiten des Aufbaus.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zur Abgabe
von unter Druck stehendem Gas ("airgun"), nachfolgend als
Druckimpulsgenerator 10 bezeichnet, weist ein längliches einstückiges
zylindrisches oder rohrförmiges Gehäuse 12 auf, das
die äußere Schale des Generators bildet und im geschlossenen
Zustand eine Hauptkammer umschließt. An seinem vorderen Ende
weist das zylindrische Gehäuse 12 ein Gewinde 14 auf zur Aufnahme
eines konischen Nasenstücks 16 als Endverschluß. Wie man
aus Fig. 1 erkennt, weist der Nasenendverschluß 16 einen Gewindeabschnitt
18 auf, der in das Gewinde 14 des zylindrischen
Gehäuses 12 eingeschraubt werden kann. Die Nase 16 weist auch
eine Öffnung 20 auf, durch die eine Stange oder ein anderes
Werkzeug (nicht gezeigt) eingeführt werden kann, um die Nase
16 zu drehen, wenn sie auf das zylindrische Gehäuse 12 aufgeschraubt
oder von diesem abgeschraubt wird.
Die normale gestapelte Anordnung der Bauteile ist in der auseinandergezogenen
Darstellung der Fig. 1 im zerlegten Zustand
gezeigt. In Fig. 2 sieht man, wie die Bauteile im zylindrischen
Gehäuse 12 in fluchtender gestapelter Anordnung längs der
Achse des Gehäuses 12 angeordnet sind.
In Fig. 2 ist die Nase 16 in mit dem Gehäuse 12 verbundener
Anordnung dargestellt, wobei sie das vordere Gehäuseende verschließt;
zur Abdichtung ist ein O-Ring 22 vorgesehen. Eine
Ausnehmung 24 in einer Stirnfläche der Nase 16 bildet zusammen
mit nachfolgend noch beschriebenen Bauteilen eine Ladekammer
oder Schußkammer 26, die eine Ladung von Druckgas aufnehmen
kann. Die Ausnehmung 24 kann in verschiedenen Nasenstücken 16
mit verschiedenen Größen ausgeführt sein, so daß das Ladevolumen
der Schußkammer 26 verändert werden kann, indem die Nasenstücke
ausgewechselt werden, um die Kennwerte der zu erzeugenden
seismischen Impulse zu verändern.
Eine Freigabe-Zylinderbüchse 28 begrenzt einen Freigabezylinder
30 und umgibt den Freigabekolben 32. Die Freigabebüchse 28 hat
mehrere symmetrisch im Abstand zueinander angeordnete Öffnungen
34, die mit Öffnungen 36 im zylindrischen Gehäuse 12 fluchten,
um den Austritt des komprimierten Gases zu ermöglichen. In der
in Fig. 2 gezeigten Stellung vor dem Schuß oder der Gasabgabe
steht eine untere Lippe 38 einer Schürze 40 des Freigabekolbens
32 in dichtendem Eingriff mit einer herausnehmbaren Dichtung
41 (siehe auch Fig. 1), die einen beweglichen Dichtring 42 aufweist,
um eine Ladung von Druckgas in der Ladekammer 26 zu
halten. Ein O-Ring 44 bildet eine Dichtung zwischen dem beweglichen
Dichtring 42 und der Zylinderbüchse 28. Ein anderer
O-Ring 46 bildet eine Dichtung zwischen der Zylinderbüchse 28
und dem zylindrischen Gehäuse 12.
Mehrere Dichtungsfedern 48 (Fig. 3), die innerhalb einer Halterung
50 angeordnet sind, drücken den beweglichen Dichtring
42 gegen den Kolbenrand oder die Lippe 38. Auf diese Weise
wird das Druckgas an einem Austritt durch die Öffnungen 34,
36 durch die Berührung der unteren Lippe 38 des Freigabekolbens
32 mit dem Dichtring 42 der beweglichen Dichteinrichtung 41
gehindert. Eine Haltebüchse 52, die mit der Büchse 28 zusammenwirkt,
hält den O-Ring 44 und bildet ein Abstandsstück zwischen
der Büchse 28 und der Federhalterung 50, so daß die Bauteile
in gestapelter Anordnung mit den Enden zueinander montiert
werden können. Die herausnehmbare Dichtung 42 kann aus elastischem
Material bestehen, beispielsweise Nylon, Delrin und
dergleichen, um eine wirksame Dichtungspassung mit der unteren
Lippe 38 zu erreichen; daher ist auch ein innerer Haltering 54
aus Metall vorgesehen, um die elastische Dichtung 42 fest in
ihrer Stellung zu halten. Die genaue Anordnung und Ausrichtung
der Freigabezylinderbüchse 28 im zylindrischen Gehäuse 12 wird
durch einen Dübel 56 sichergestellt, der durch das zylindrische
Gehäuse 12 eingeführt ist und in einer Ausnehmung 58 in der
Büchse 28 ragt.
Eine Steuerkammer bzw. ein Arbeitszylinder 60 wird durch Bauteile oder Elemente begrenzt,
die benachbart zu denjenigen Elementen angeordnet sind,
die den Freigabezylinder 30 und die Ladekammer 26 begrenzen,
wie in Fig. 2 gezeigt. Der Arbeitszylinder 60 ist mit einer Arbeitszylinderbüchse
62 ausgekleidet. Zwischen der Arbeitszylinderbüchse
60 und der Freigabezylinderbüchse 28 ist eine herausnehmbare
Trenneinrichtung 65 angeordnet (siehe auch Fig. 1).
Diese herausnehmbare Trenneinrichtung 65 weist eine untere
ringförmige Haltebrille 64 für den Schaft und eine obere ringförmige
Haltebrille 66 für den Schaft auf. Die untere ringförmige
Haltebrille 64 und die obere ringförmige Haltebrille
66 halten eine Schaftdichtungspackung 68 an ihrer Stelle in
einer ringförmigen Ausnehmung 70, die in der oberen Haltebrille
66 ausgebildet ist. Zwischen dem Gehäusezylinder 12
und den Haltebrillen sowie zwischen den Haltebrillen selbst
wird durch O-Ring-Dichtungen 72 und 73 eine enge Abdichtung
erzielt. Die Haltebrillen und die Dichtungspackung bilden
zusammen die herausnehmbare Trenneinrichtung 65 oder Abteilung,
die zwischen dem Arbeitszylinder 60 und der Ladekammer 26 angeordnet
ist.
Eine herausnehmbare, hin- und herbewegbare Baugruppe 74 kann
sich relativ zu dem Arbeitszylinder 60, dem Freigabezylinder 30
und der Ladekammer 26 hin- und herbewegen. Diese bewegbare
Freigabe-Baugruppe 74 weist den Freigabekolben 32 auf, der
mit einem Arbeitskolben 76 über einen hohlen Schaft 78 verbunden
ist. Der Arbeitszylinder 60 und der Freigabezylinder 30
sind voneinander mittels der Schaftdichtungspackung 68 abgedichtet,
die einen O-Ring 80 in fester Dichtungsberührung mit
dem Schaft 78 trägt. Der Arbeitskolben 76 ist gegenüber dem
hohlen Kolbenschaft 78 durch einen O-Ring 82 gedichtet, der
durch einen Ring 84 und eine Mutter 86 gehalten wird. Eine
obere Gehäusetrenneinrichtung 88 bildet den Deckel des Freigabezylinders
60. Diese obere Gehäusetrenneinrichtung 88 weist
eine Ausnehmung 90 auf, in die der obere Abschnitt der hin-
und herbewegbaren Baugruppe 74 im Betrieb eintritt, nämlich
das Schaftende und die Mutter 86. Die obere Gehäusetrenneinrichtung
88 wird in ihrer Stellung zwischen der Arbeitszylinderbüchse
62 und einem Solenoidventilgehäuse 92 gehalten. Das
Ventilgehäuse 92 wiederum wird in seiner Stellung durch einen
oberen Endverschluß oder eine Deckelkappe 94 gehalten, die
ein Gewinde 96 aufweist, das in ein entsprechendes Gewinde
98 am zylindrischen Gehäuse 12 eingeschraubt ist.
Die Anordnung und Verbindung der verschiedenen Gaskanäle ergibt
sich am besten aus der Erläuterung der Arbeitsweise des Druckimpulsgenerators.
Zur Vorbereitung der Gasentladung (Fig. 2)
wird Druckgas durch einen Schlauch zugeführt, der mit einem
Kompressor oder einer anderen Druckgasquelle verbunden ist,
beispielsweise einem Gaszylinder (nicht gezeigt); der Schlauch
ist mit einem Einlaß 100 am oberen Endverschluß 94 verbunden.
Der Einlaß 100 ist mit einem Kanal 102 verbunden, der im oberen
Endverschluß 94 ausgebildet ist und in einer ringförmigen Ausnehmung
104 endet, die an der Umfangsfläche des Endverschlusses
94 angeordnet ist. Die ringförmige Ausnehmung 104 steht in
Verbindung mit dem oberen Ende eines Hochdruckgaszufuhrkanals
106, der in den Wänden des zylindrischen Gehäuses 12 angeordnet
ist und sich dort längs durch eine radiale Öffnung 108 in der
Wand des Gehäuses 12 erstreckt, die mit der ringförmigen Ausnehmung
104 fluchtet. Der Gaszufuhrkanal 106 endet an seinem
unteren Ende in einer Öffnung 110, die mit einer ersten ringförmigen
Ausnehmung 112 in Verbindung steht, die an der Umfangsfläche
des oberen Gehäuses 80 angeordnet ist.
Die ringförmige Ausnehmung 112 steht mit einem diagonal verlaufenden
Gaszufuhrkanal 114 innerhalb des oberen Gehäuses 88
in Verbindung, der in der Ausnehmung 90 endet, die mit dem
Arbeitszylinder 60 verbunden ist. Das Druckgas tritt in den
Arbeitszylinder 60 durch die oben beschriebenen Kanäle ein.
Die ringförmigen Ausnehmungen sind so angeordnet, daß eine
Verbindung mit den Öffnungen 108 und 110 im zylindrischen Gehäuse
12 sichergestellt ist, und zwar unabhängig von der Drehstellung
der Bauteile 94 und 88.
Das Druckgas tritt in die Ladekammer 26 ein, indem es durch
eine Drossel 116 und durch einen axialen Kanal 118 strömt, die
beide in dem hohlen Kolbenschaft 78 angeordnet sind. Wenn das
Druckgas in den Arbeitszylinder 60 strömt, hält die Drossel
116 den Druck im Zylinder 60 etwas über dem Druck in der Ladekammer
26, so daß der Rand des Arbeitskolbens 76 fest auf seinem
Sitz an einem O-Ring 120 einer Arbeitsdichtung liegt. Die Dichtung
120 wird durch die obere ringförmige Haltebrille 66 gehalten,
die auch die Schaftdichtung 68 in ihrer ringförmigen
Ausnehmung 70 hält. Nachdem die Kammer 26 gefüllt ist und unter
dem gewünschten Druck steht, ist der Druckimpulsgenerator 110
für die Freigabe des Gases vorbereitet.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 wird die Gasfreigabe
durch Verwendung eines Solenoidventils 122 bewirkt, wie es
beispielsweise in der US-PS 35 88 039 beschrieben ist. Eine
ringförmige Solenoidspule 124 schafft ein magnetisches Feld,
wenn ein elektrischer Strom über eine (nicht gezeigte) Leitung
angelegt wird, die mit dem Stecker 126 verbunden ist. Dieses
elektrische Signal bewirkt, daß das Ventil 122 betätigt wird,
um zwei Auslösekanäle 128 und 130 zu verbinden, die in dem
oberen Gehäusedeckel 88 angeordnet sind.
Nach Betätigung des Ventils 122 gelangt - wie schematisch in
Fig. 3 gezeigt - Druckgas aus dem Arbeitszylinder 60 durch
den ersten Auslösekanal 128 und durch das Ventil 122 in den
zweiten Auslösekanal 130. Der zweite Kanal 130 steht mit einer
zweiten ringförmigen Ausnehmung 132 in Verbindung, die in der
Umfangsfläche des oberen Gehäuseteils 88 angeordnet ist.
In Nuten, die das obere Gehäuseteil 88 umgeben, sind drei
O-Ring-Dichtungen 131, 133 und 135 angeordnet, um die erste
ringförmige Ausnehmung 110 und die zweite ringförmige Ausnehmung
132 gegeneinander abzudichten und um diese Ausnehmungen
gegenüber dem Inneren des Gehäuses 12 abzudichten.
Die ringförmige Ausnehmung 132 steht mit einer Öffnung 134 in
der Wand des zylindrischen Gehäuses 12 in Verbindung, die mit
einem Auslösekanal 136 verbunden ist, der sich längs innerhalb
der Wand des rohrförmigen Gehäuses 12 erstreckt. Der Kanal
136 endet in einer Öffnung 138, die mit einer ringförmigen
Ausnehmung 140 in Verbindung steht, die in der Umfangsfläche
der oberen ringförmigen Haltebrille 66 angeordnet ist und über
einen diagonalen Auslösekanal 142 in der Haltebrille 66 verbunden
ist, der in einer ringförmigen Triggerausnehmung 144
endet, die auf der dem Arbeitskolben 76 gegenüberliegenden
Seite im Zylinder 60 angeordnet ist.
Wenn der Gasdruck vom Arbeitszylinder 60 auf die Triggerkammer
144 über die beschriebenen Kanäle übertragen wird, sucht sich
der auf die entgegengesetzten Flächen des Kolbens 76 ausgeübte
Druck auszugleichen, so daß die Baugruppe 74 von dem Dichtring
120 weg beschleunigt wird und die Dichtung 42 verläßt, so daß
die Öffnungen 36 plötzlich geöffnet werden, um das Druckgas
aus der Ladekammer 26 abrupt freizugeben, wie in Fig. 3 durch
Pfeile 145 angedeutet.
Bypasskanäle 146, die durch Ausschnitte in der Arbeitszylinderbüchse
62 gebildet sind, dienen dazu, den Druckausgleich auf
gegenüberliegenden Flächen des Arbeitskolbens 76 zu unterstützen,
nachdem dieser seine Beschleunigung weg von der
Dichtung 120 begonnen hat.
Nach der plötzlichen Gasfreigabe, die in Fig. 3 durch die
Pfeile 145 angedeutet ist, wird das Gas, das in dem Arbeitszylinder
60 oberhalb der Bypasskanäle 146 eingeschlossen ist,
durch den sich schnell bewegenden Arbeitskolben 76 komprimiert,
so daß die bewegliche Baugruppe 74 verzögert und dann in ihre
Ausgangsstellung gemäß Fig. 2 zurückbewegt wird.
Anstelle der Betätigung der bewegbaren Baugruppe 74 mittels
eines Solenoidventils kann der Druckimpulsgenerator auch
selbsttätig ausgeführt werden. In diesem Fall können das
Solenoidventil und das Auslösekabel weggelassen werden, ebenso
die Betätigungs- oder Auslösekanäle 128, 130, 136, 142 und
die Triggerkammer 144. Um eine selbstauslösende Arbeitsweise
der Vorrichtung zu erreichen, wird die wirksame Fläche des
Auslösekolbens 32, die dem Druckgas in der Ladekammer 26 ausgesetzt
ist, größer ausgeführt als die des Arbeitskolbens 76,
der dem Druckgas im Arbeitszylinder 60 ausgesetzt ist. Wenn
daher der Druck in der Kammer 26 im wesentlichen auf den
Druckwert im Zylinder 60 angestiegen ist, öffnet sich die
Dichtung zwischen dem O-Ring 120 und dem Arbeitskolben 76,
so daß das unter hohem Druck stehende Gas im Zylinder 60 mit
der unteren Fläche des Kolbens 76 in Verbindung kommt; die
bewegbare Baugruppe 74 wird von der Dichtung 120 und von der
Dichtung 42 weg beschleunigt und öffnet abrupt die Öffnungen
36, um das Druckgas plötzlich freizugeben. Die Bypasskanäle
146 in der Zylinderbüchse 62 stellen eine freie Verbindung
für das Gas her, so daß dieses vom Zylinder 60 in den Raum
unterhalb des sich bewegenden Kolbens 76 gelangen kann. Die
Zeitabstände zwischen den Freigaben beim selbstauslösenden
Betrieb werden durch die Drossel 116 in einem herausnehmbaren
Stopfen 117 gesteuert. Je größer der Drosseleffekt ist, d. h.
je kleiner der Durchmesser des Kanals 116 ist, desto länger
ist der Zeitabstand zwischen den Gasentladungen und umgekehrt.
Die Endkappe 94 kann zusätzlich zu den Anschlüssen für den
Luftschlauch und die elektrische Leitung Verbindungseinrichtungen
aufweisen, beispielsweise Gewindebohrungen 148, um die
Vorrichtung so aufzuhängen, daß sie in ein Bohrloch abgesenkt
werden kann. Am zylindrischen Umfang des rohrförmigen Gehäuses
sind daher keine Vorsprünge für Verbindungsanschlüsse vorhanden,
ebenso keine Befestigungseinrichtungen, die zur Verbindung
von Bauteilen miteinander notwendig wären. Daher kann
der Druckimpulsgenerator 10 leicht in ein Bohrloch mit kleinem
Durchmesser eingeführt werden, um als seismische Impulsquelle
unten in einer Bohrung verwendet zu werden. Wenn eine Reparatur,
eine Reinigung oder eine Auswechslung von Teilen an dem Druckimpulsgenerator
10 erforderlich ist, kann dieser leicht auseinandergenommen
und wieder zusammengesetzt werden, weil die
herausnehmbaren Elemente axial gestapelt angeordnet sind. Daher
wird der Feldeinsatz des Generators wesentlich erleichtert.
Das zylindrische Gehäuse 12 besteht in der Ausführungsform
nach den Fig. 1 und 2 aus korrosionsbeständigem Stahl und hat
einen Außendurchmesser von vorzugsweise nicht mehr als 6,6 cm
(2⅝ Zoll); daher kann der Generator ohne Schwierigkeiten
in ein Bohrloch in der Erde von 7,6 cm Durchmesser (3 Zoll)
eingeführt werden. Die dargestellte Ausführungsform kann tatsächlich
so schlank ausgeführt werden, daß sie einen äußeren
Durchmesser von nur 6,4 cm (2,50 Zoll) hat, so daß sie frei
in ein Bohrloch in der Erde mit diesem Durchmesser abgesenkt
werden kann.
Claims (16)
1. Druckimpulsgenerator, geeignet zur Verwendung als
seismische Quelle innerhalb eines Bohrloches, mit
einem rohrförmigen Gehäuse, das durch einen
Trennteil in eine Steuerkammer und eine
Ladungskammer unterteilt ist, die über Leitungen
mit Druckgas füllbar sind, mit einer einen Kolben
enthaltenden, innerhalb der Ladekammer beweglichen
Freigabeeinrichtung, die einerseits mit einer
Dichteinrichtung im Eingriff stehen kann und
andererseits die Abgabe von Druckgas aus der
Ladekammer durch mindestens eine im Gehäuse
angeordnete Entladeöffnung ermöglicht, sowie mit
einem vom Gehäuse entfernbaren Endbauteil zur
Halterung von Bauteilen im Gehäuse, dadurch
gekennzeichnet, daß Trennteil (65),
Freigabeeinrichtung (32) und Dichteinrichtung (41)
aus dem einstückig ausgebildeten rohrförmigen
Gehäuse ( 12) zum Ein- bzw. Ausbau unter Ausführung
einer axialen Gleitbewegung in das Gehäuse (12)
einbaubar bzw. aus dem Gehäuse (12) herausnehmbar
sind, und daß zu den Leitungen ein axial durch die
Freigabeeinrichtung ( 32) verlaufender Kanal (118) gehört,
der zur Drosselung der Bewegung des
Druckgases die Steuer- (60) mit der Ladekammer (26)
verbindet.
2. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse (12)
ein Innengewinde aufweist und daß das Endbauteil
in das rohrförmige Gehäuse eingeschraubt ist, um
die herausnehmbaren Teile darin zu halten.
3. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das abnehmbare Endbauteil (16)
ein Nasenstück ist, das eine innere Endfläche (24),
die einen Wandabschnitt bildet, der einen Teil der
Ladekammer (26) begrenzt, und eine Dichtung (22) hat,
die die Innenwand des Gehäuses (12) berührt, um den
Druckimpulsgenerator abzudichten.
4. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Endfläche (16) konkav ist
und eine Ausnehmung bildet, um das Volumen der
Ladekammer (26) gegenüber dem Volumen zu erhöhen,
das mit einer flachen Endfläche erreicht würde.
5. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nasenstück des Endbauteils
(16) an seiner Außenseite so geformt ist, daß die
Einführung des Druckimpulsgenerators in ein
schmales Bohrloch erleichtert wird.
6. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das abnehmbare Endbauteil (16)
einen Anschluß (20) aufweist, mit dem ein Werkzeug
in Eingriff treten kann, um das Endbauteil (16)
aufzuschrauben und abzuschrauben.
7. Druckimpulsgenerator nach einem oder mehreren der
Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine
obere Trenneinrichtung (88) herausnehmbar innerhalb
des rohrförmigen Gehäuses (12) angeordnet ist und
das obere Ende der Steuerkammer (60) bildet, daß
die obere Trenneinrichtung einen oberen
Druckgas-Zufuhrkanal (114) aufweist, daß eine
ringförmige Ausnehmung (112) am Umfang der oberen
Trenneinrichtung angeordnet ist und mit diesem
Druckgas-Zufuhrkanal (114) in Verbindung steht, daß
das rohrförmige Gehäuse eine Wandöffnung (110)
aufweist, die mit dieser ringförmigen Ausnehmung in
Verbindung steht, wenn die obere Trenneinrichtung
innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und daß ein
Druckgas-Zufuhrkanal als Gehäusekanal (106) mit dem
Druckgas-Zufuhrkanal (114) in Verbindung steht,
wodurch der rohrförmige Gehäusekanal ( 106), die
Wandöffnung (110), die ringförmige Ausnehmung (112)
und der Druckgas-Zufuhrkanal (114) zusammen einen
kontinuierlichen geschlossenen Kanal für die Zufuhr
von Druckgas zu der Steuerkammer (60) bilden.
8. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Büchse (28) die Ladekammer
(26) umgibt, daß die Büchse (28) herausnehmbar
zwischen dem herausnehmbaren Trennteil (65) und der
herausnehmbaren Dichteinrichtung (41) angeordnet
ist, daß die Büchse (28) mindestens eine Öffnung (34)
aufweist, die mit der mindestens einen Entladeöffnung
(36) ausgerichtet werden kann, und daß eine
Ausrichteinrichtung (56, 58) vorgesehen ist, um die
Ausrichtung der Öffnung (34) mit der Entladeöffnung
(36) sicherzustellen, wenn die herausnehmbare Büchse
(28) in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist.
9. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß eine zweite Büchse (62) die
Steuerkammer (60) umgibt, und daß diese zweite
Büchse (62) herausnehmbar zwischen dem
herausnehmbaren Trennteil (65) und der oberen
Trenneinrichtung (88) angeordnet ist und diese beiden
Teile (65, 88) im Abstand zueinander hält.
10. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kolben der Freigabeeinrichtung
(32) zu einer beweglichen Baugruppe (74)
gehört, die im Betrieb zwischen der Steuerkammer
(60) und der Ladekammer (26) angeordnet ist, daß
der Kolben innerhalb der ersten herausnehmbaren
Büchse (28) gleitet, daß die bewegliche Baugruppe
(74) einen Schaft (78) aufweist, der durch den
herausnehmbaren Trennteil (65) hindurchtritt und
gegenüber diesem beweglich ist, und daß das andere
Ende der beweglichen Baugruppe (74) durch den Schaft
mit einem Arbeits- oder Betätigungskolben (76)
verbunden ist, der in der zweiten herausnehmbaren
Büchse (62) gleitet.
11. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Solenoidventil (112)
herausnehmbar innerhalb des rohrförmigen Gehäuses
(12) nahe der oberen Trenneinrichtung (88)
angeordnet ist, um die Bestätigung des
Druckimpulsgenerators zu triggern, daß die obere
Trenneinrichtung einen Auslöse-Gasströmungskanal
(128) aufweist, der die Steuerkammer (60) mit dem
Solenoidventil (112) verbindet, daß die obere
Trenneinrichtung einen weiteren Auslöse-
Gasströmungskanal (130) aufweist, der das
Solenoidventil (112) mit einer zweiten ringförmigen
Ausnehmung (132) verbindet, die am Umfang der oberen
Trenneinrichtung angeordnet ist, daß ein zweiter
Gasströmungskanal (136) in der Wand des rohrförmigen
Gehäuses (12) angeordnet ist, daß der zweite
Gasströmungskanal (136) eine Verbindung mit der
ringförmigen Ausnehmung (132) durch eine Öffnung
(134) in der rohrförmigen Wand hergestellt und damit
eine Verbindung mit einem Bereich (114) zwischen
dem herausnehmbaren Trennteil (65) und dem
Betätigungskolben (76) hergestellt, um die Bewegung
der beweglichen Baugruppe (74) zu triggern.
12. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das herausnehmbare Trennteil
(65), das die Ladekammer (26) und die Steuerkammer
(60) voneinander trennt, eine ringförmige Ausnehmung
(140) aufweist, die an ihrem Umfang angeordnet ist,
daß der zweite Gasströmungskanal (130) in der
Gehäusewand mit der ringförmigen Ausnehmung (140)
im herausnehmbaren Trennteil über eine Öffnung (138)
in der Gehäusewand in Verbindung steht, und daß das
herausnehmbare Trennteil (65) einen inneren Kanal
(142) aufweist, um die ringförmige Ausnehmung (140)
mit dem Bereich (144) zu verbinden.
13. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des
rohrförmigen Gehäuses (12) offen ist, und daß ein
zweites Endbauteil (94) herausnehmbar in diesem
anderen Ende des rohrförmigen Gehäuses nahe dem
Solenoidventil (122) angeordnet ist, um das
Solenoidventil in dem rohrförmigen Gehäuse (12) zu
halten.
14. Druckimpulsgenerator nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite herausnehmbare
Endbauteil einen Einlaß (100) aufweist zur Aufnahme
von Druckgas, eine ringförmige Ausnehmung (104) an
seinem Umfang und einen Kanal (102), der den Einlaß (100)
mit der ringförmigen Ausnehmung (104) verbindet,
und daß der Gehäusekanal (106) eine Öffnung (108)
hat, die mit der ringförmigen Ausnehmung (104) in
Verbindung steht, um Druckgas in den Kanal (106)
zu leiten.
15. Druckimpulsgenerator nach einem oder mehreren der
Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die obere Trenneinrichtung drei Dichtungen (131, 133,
135) aufweist zur Abdichtung gegen die Wand des
rohrförmigen Gehäuses, wobei eine der Dichtungen
(133) zwischen den beiden ringförmigen Ausnehmungen
am Umfang der oberen Trenneinrichtung und die
anderen Dichtungen (131, 135) oberhalb bzw. unterhalb
dieser beiden ringförmigen Ausnehmungen angeordnet
sind.
16. Druckimpulsgenerator nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
rohrförmige Gehäuse (12) einen Außendurchmesser von
nicht mehr als 6,67 cm hat zur Verwendung in einem
Bohrloch in der Erde mit einem Nenndurchmesser von
7,62 cm.
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