DE2755977A1

DE2755977A1 - CHARGING AND IGNITION SYSTEM FOR COMBUSTION ARRANGEMENTS

Info

Publication number: DE2755977A1
Application number: DE19772755977
Authority: DE
Inventors: Tom Patterson Airhart
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Atlantic Richfield Co
Priority date: 1976-12-16
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1978-06-29
Also published as: NL7713261A; DE2755977C2; GB1563868A; FR2374615B1; JPS5376101A; SE7713552L; FR2374615A1; IT1090901B

Description

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Atlantic Richfield Company, Los Angeles, California, V₀ St. A.Atlantic Richfield Company, Los Angeles, California, V ₀ St. A.

Lade- und Zündsystem für BrennkraftanordnungenCharging and ignition system for internal combustion systems

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Brennkraft anordnungen , die einen hochenergetischen Impuls oder Hub abgeben sollen,, Insbesondere betrifft sie ein System zum Laden und Zünden des Brennstoffs in Vorrichtungen dieser Art, die sich mit hoher Zündraste über eine längere Schußfolge betreiben lassen. Die Erfindung soll zur Erläuterung an einer Vorrichtung beschrieben werden, die man allgemein als "seismische Gasdetonationsvorrichtung" (seismic gas exploder) bezeichnet.The present invention relates generally to the field of internal combustion arrangements intended to emit a high-energy impulse or stroke, in particular it relates to a system for charging and Ignition of the fuel in devices of this type, which can be operated with a high ignition rate over a longer series of shots. The invention will be described by way of illustration using a device which is generally referred to as "seismic gas detonation device" (seismic gas exploder).

Seismische Gaszündvorrichtungen bzw», wie sie zuweilen genannt werden, "seismische Stoßwellengeneratoren" weisen allgemein eine Explosions- bzw. Brennkammer mit einem starren Boden sowie einem starren Oberteil auf, die teleskopartig auf irgendeine Weise ineinandergesetzt sind, um eine vertikale Relativbewegung zwischen ihnen zuzulassen» Wird ein Brenngae-Oxidierungsgas-Geiaisch in der Brennkammer gezündet, entsteht eine solche Relativbewegung,Seismic gas ignition devices or, as they are sometimes called, “seismic shock wave generators” generally have a Explosion or combustion chamber with a rigid bottom and a rigid upper part, which are telescoped into one another in some way are to allow relative vertical movement between them ignited in the combustion chamber, such a relative movement occurs,

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

wobei durch den starren Kammerboden hindurch ein Druckimpuls auf die Erde aufgebracht wird«whereby a pressure pulse is generated through the rigid chamber floor the earth is raised "

Normalerweise mischt man Brenngas und Sauerstoff aus getrennten Behältern vor dem Einleiten in die Brennkammer in den gewünschten Anteilen mittels elektromagnetischer Ventile, die zwischen dem separaten Behälter und dem Mischpunkt liegen» Nach dem Schlies-8en der Ventile wird das brennbare Gasgemisch mit einer Funkenquelle gezündet, die am Mischpunkt angeordnet ist» Die resultierende Verbrennung bewirkt eine Detonationsfront in der in die Detonationskammer der Zündvorrichtung führenden Einlaßleitung«.Usually one mixes fuel gas and oxygen from separate ones Containers before being introduced into the combustion chamber in the desired proportions by means of electromagnetic valves, which are between "After the valves are closed, the combustible gas mixture is ignited with a spark source located at the mixing point".

Die Auswirkungen der Wärme, die bei der chemischen Reaktion des Verbrennens und Detonierens des Gasgemisches entsteht, verschwinden natürlich nicht augenblicklich« Wird eine solche Anordnung wiederholt mit hoher Geschwindigkeit gezündet, ist eines der Sperrenprokieme ("barrier problems") die Zündung der Gase während des Füllvorgangs und vor dem Erregen der Funkenquelle, d.h. eine vorzeitige Zündung«, Je höher die Zündrate, desto stärker zeigt sich diese Einschränkung,, Bei modernen seismischen Datenerfassungsverfahren ist es erwünscht, lange Impulsfolgen von bspw«, bis zu 100 oder 200 Impulsen zu erzeugen. Aus diesen und anderen Gründen hat das Problem des vorzeitigen Zündena an Wichtigkeit zugenommen·The effects of heat generated in the chemical reaction of the Burning and detonation of the gas mixture occurs, but of course does not disappear instantaneously. ”Such an arrangement Repeatedly ignited at high speed, one of the barrier problems is the ignition of the gases during during the filling process and before the spark source is excited, i.e. premature ignition «, The higher the ignition rate, the more strongly shows This restriction, "With modern seismic data acquisition methods, it is desirable to use long pulse trains from, for example," to to generate 100 or 200 pulses. For these and other reasons, the premature ignition problem is gaining in importance increased·

Ein solches vorzeitiges Zünden kann das Ergebnis mehrerer Faktoren sein, wie bepw.Such premature ignition can be the result of several factors, such as bepw.

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(1) die in den Weniungen der Zündvorrichtung, der Einlaßleitung oder der Zündeinrichtung gespeicherte Restwärme,(1) those in the ignition device, the inlet pipe residual heat stored in the ignition device,

(2) die Rest flamme aus der Verbrennung von in der Detonationsfront nicht verbrannten Gasen (im Unterschied zu einem nicht vollständigen Schließen des elektromagnetischen Ventils, das eine anhaltende Flamme ergibt),(2) the residual flame from the combustion of gases not burned in the detonation front (as opposed to one not complete closing of the electromagnetic valve, which gives a sustained flame),

(3) Wärme, die von dem Kohlenstoff im Gas beim der Umwandlung in die feste Form freigesetzt wird;(3) Heat generated by the carbon in the gas as it is converted to the solid form is released;

(4) glimmende Teilchen, die sich an den Wandungen der Zündräume und des Einlasses festsetzen, und(4) smoldering particles on the walls of the ignition chambers and set the inlet, and

(5) Heißpunkte in örtlich begrenzten Bereichen infolge der Detonation und der nachfolgenden Stoßwelle„(5) Hot spots in localized areas as a result of the detonation and the subsequent shock wave "

In den Veröffentlichungen zum Stand der Technik ist das Problem des vorzeitigen Zündens anerkannt; dabei wurde jedoch angenommen, daß unter den oben erwähnten Faktoren der Hauptbeitrag von der Wärmeansammlung innerhalb der Detonationskammer selbst geleistet wird« Aus diesem Grund hat man bepw« Abgasventilanordnungen konstruiert, die die Abgase der Explosion wirkungsvoller abziehen sollten» Die Maßnahmen waren aber kaum erfolgreich. Demgegenüber hat die Anmelderin sich den Einflußgrößen außerhalb der eigentlichen Det#nationskammer zugewandt_o In the prior art publications, the problem of premature ignition is recognized; It was assumed, however, that among the factors mentioned above, the main contribution is made by the accumulation of heat within the detonation chamber itself. «For this reason, bepw« designed exhaust valve assemblies which should extract the exhaust gases from the explosion more effectively »The measures were hardly successful. In contrast, the applicant has turned to the influencing factors outside the actual det # nation chamber _o

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Bei dem Versuch, das Problem des vorzeitigen Zündens in einer repetitiv gezündeten Gasexplosionsanordnung in den Griff zu bekommen, ging die Anmelderin davon aus, daß sich ein erheblicher Vorteil erreichen lassen würde, wenn man die Häufigkeit verringert, mit der ein einzelner Gaseinlaß und dessen zugehörigen Außenleitungen und Mischanordnung betrieben werden, ohne dabei die Zündrate als solche zu senken. Es wurde dabei vermutet, daß, da die Flamme oder Verbrennungsfront in oder nahe dem externen Mischer ihren Amfang nimmt und sich von dort auf die Detonationskammer hinzu beschleunigt, die Verweilzeit der sich bewegenden Front notwendigerweise am größten im externen Mischer und den Verbindungsleitungen sein würde« Auf der Grundlage experimenteller Untersuchungen scheint die Restwärmeansammlung in diesen externen Anlagenteilen eine wesentlich stärkere Rolle zu spielen als man bisher zuzugestehen bereit war_c In attempting to address the problem of premature ignition in a repetitively ignited gas explosive device, Applicants believed that there would be a significant benefit in reducing the frequency with which a single gas inlet and its associated external lines would be obtained and mixing arrangement can be operated without reducing the ignition rate as such. It was assumed that as the flame or combustion front begins in or near the external mixer and accelerates from there to the detonation chamber, the residence time of the moving front would necessarily be greatest in the external mixer and the connecting lines On the basis of experimental investigations, the accumulation of residual heat in these external parts of the system seems to play a much more important role than has previously been admitted _c

Es war daher offensichtlich, daß sich ein erheblicher Vorteil hinsichtlich der mit einem wiederholt gezündeten seismischen Gasexplosionsanordnung erreichbaren Anzahl von Schüssen mußte erreichen lassen, wenn man die Nutzungerate des einzelnen Gaseinlasses und der ihm zugehörigen Außenteile reduziert, d.h« die Abkühlzeit verlängerte Um eine vorgegebene Zündrate für die Explosionsanordnung beizubehalten, wurde also entschieden, das herkömmliche Lade- und Zündsystem so abzuändern, daß sich dieses Ergebnis würde erreichen lassen«, Dabei ergaben sich neuartige Besonderheiten, die im folgenden beschrieben werden iollen undIt was evident, therefore, that a significant advantage in terms of the number of shots that could be obtained with a repeatedly detonated seismic gas explosion device would have to be achieved by reducing the rate of use of the individual gas inlet and its associated external parts, i.e., the number of shots Extended cool-down time In order to maintain a predetermined ignition rate for the explosive arrangement, it was decided to modify the conventional charging and ignition system in such a way that this The result would be achievable. ”This resulted in novel peculiarities which are described in the following and unerwartete Vorteile brachten«brought unexpected benefits «

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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Brennkraftanordnung zu schaffen, die repetitiv auf wirkungsvollere Weise betätigt werden kann, um hochenergetische Hübe und Impulse zu liefern, und zwar durch Verwendung eines verbesserten Lade- und Zündsystems für solche Anordnungen. Die Absicht dabei ist, eine seismische Gasdetonationsanordnung zu schaffen, die kontinuierlich bzwo über einen längeren Zeitraum in schneller Folge ausgelöst werden kann, ohne dabei verfrüht zu zünden,.The present invention is directed to an internal combustion assembly to create that can be actuated repetitively in more effective ways to produce high energy strokes and pulses by using an improved charging and ignition system for such arrangements. The intention is to do one To create a seismic gas detonation arrangement that is triggered continuously or in rapid succession over a longer period of time without igniting prematurely.

Nach einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Verfahren zum Betreiben einer Anordnung, die sich schnell fortpflanzende Verbrennungsfronten erzeugt, indem man einen Brennstoff innerhalb einer Brennkammer mit veränderbarem Volumen reagieren läßt_e Hierbei sieht manIn one aspect the present invention provides a method for operating an arrangement that generates fast propagating combustion fronts, by allowing to react a fuel within a combustion chamber of variable volume _e Here one sees

(a) mindestens einen Brennstoffeinlaß vor, der mit dem Inneren der Kammer in Strömungsverbindung steht,(a) at least one fuel inlet facing the interior the chamber is in flow connection,

(b) verbindet den mindestens einen Einlaß betrieblich mit einer Vielzahl von extern zur Kammer verlaufenden separaten Brennst Offversorgungsleitungen,(b) operatively connects the at least one inlet to a plurality of separate fuels external to the chamber Off-supply lines,

(c) führt aufeinanderfolgende Chargen des Brennstoffs durch die Leitungen in einer gewünschten Folge in die Kammer ein und(c) introduces successive batches of fuel into the chamber through the conduits in a desired sequence and

(d) zündet den Brennstoff in jeder der Leitungen nach dem Einführen der Charge in die Kammer, so daß die Fronten nachein-(d) ignites the fuel in each of the conduits after introduction the batch into the chamber so that the fronts

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ander in den Leitungen erzeugt werden und sich in diesen in die Kammer hinein fortpflanzen»others are generated in the lines and are propagated in these into the chamber »

Nach einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die schnell sich fortpflanzende Verbrennungsfronten erzeugt, indem dort Brennstoff innerhalb einer umschlossenen Verbrennungskammer mit veränderbarem Volumen umgesetzt wird«, Diese Vorrichtung hat ein Lade- und Zündsystem mitIn another aspect, the present invention provides one Device that generates rapidly propagating combustion fronts by converting fuel within an enclosed combustion chamber of variable volume ”, this one Device has a charging and ignition system with

(a) mindestens einem Brennstoffeinlaß, der in Strömungsverbindung mit dem Innern der Kammer steht,(a) at least one fuel inlet in flow communication stands with the interior of the chamber,

(b) eine Vielzahl von getrennten Brennstoffleitungen, die betrieblich mit dem mindestens einen Einlaß verbunden werden und von(b) a plurality of separate fuel lines operatively connected to and from the at least one inlet diesem außerhalb der Kammer hinwegverlaufen,run away from the chamber,

(c) einer Einrichtung, um durch die getrennten Brennstoffleitungen aufeinanderfolgende Chargen Brennstoff in die Kammer in einem vorgeschriebenen Drehsinn einzuführen, und(c) means for feeding successive batches of fuel into the chamber through the separate fuel lines to introduce a prescribed direction of rotation, and

(d) einer Einrichtung, um den Brennstoff außerhalb der eigentlichen Kammer zu zünden, nachdem die Charge jeweils in diese eingeführt worden ist, wodurch die Fronten nacheinander in den Leitungen erzeugt werden und sich in die Kammer hinein fortpflanzen.,(d) a device to ignite the fuel outside the actual chamber after each charge has entered it has been introduced, whereby the fronts are successively generated in the lines and into the chamber reproduce.,

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das System der vorlie-In a preferred embodiment, the system of the present

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genden Erfindung mit einem seismischen Gasdetonationsgerät mit einem starren Oberteil und einem starren Unterteil eingesetzt, die teleskopartig ineinanderstecken, wobei der Boden auf der Erde steht und Ober—und Unterteil zwischen sich eine expandierfähige Detonationskammer bilden. Ein Lade- und Zündsystem mit einem oder mehreren beabstandeten Gaseinlässen ist vorgesehen, die in die Verbrennungskammer münden. Jeder dieser Einlasse wird mit einer axialen Hauptleitung gespeist. Von jeder dieser Hauptleitungen gehen mindestens zwei Zweigleitungen ab, die an ihren st romaufwärt igen Enden jeweils mit separaten unabhängigen Mischern verbunden sind, die ihrerseits von separaten Brenn- und Oxidiergasquellen gespeist werden. Xm Betrieb werden die Mischer durch geeignete Strömungssteuerventile nacheinander mit stöchiometriechen Mengen des Brennstoffs und des Oxidiergases gespeiste Es strömt also ein Brenngasgemisch aus jedem Mischer durch die zugehörige Zweigleitung in die Hauptleitung und in die Detonationskammer.In jedem Mischer findet eine Funkenzündung in einer zeitlichen Zuordnung zum Arbeiten der Strömungssteuerventile statt, die die Zündhäufigkeit der Detonationsvorrichtung bestimmt_o According to the invention, a seismic gas detonation device with a rigid upper part and a rigid lower part are used, which telescope into one another, the floor standing on the ground and the upper and lower part forming an expandable detonation chamber between them. A loading and ignition system is provided with one or more spaced gas inlets opening into the combustion chamber. Each of these inlets is fed with an axial main line. From each of these main lines go at least two branch lines, which are each connected at their upstream ends to separate independent mixers, which in turn are fed by separate fuel and oxidizing gas sources. In operation, the mixers are fed one after the other with stoichiometric amounts of fuel and oxidizing gas through suitable flow control valves. Thus, a fuel gas mixture flows from each mixer through the associated branch line into the main line and into the detonation chamber. In each mixer, a spark ignition takes place in a time allocation to work the flow control valves take place that determines the Zündhäufigkeit the detonation device _o

Die Erfindung soll nun an einem Beispiel unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werdensThe invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings Drawings are described in detail

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch ein seismisches Gasdetonationsgerät, wie es mit dem Lade- und Zündsystem nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;Fig. 1 is a vertical section through a seismic gas detonation device; as used with the charging and ignition system of the present invention;

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Fig. 2 1st eine auf der Linie 2-2 der Fig. 1 teilgeschnittene Ansicht eines seismischen Gasdetonationegeräts und stellt eine grundsätzliche Lade- und Zündsystem mit Hehrfachmischer und gemeinsamen Einlassen nach der vorliegenden Erfindung dar;Fig. 2 is a partial cross-sectional view of a gas seismic detonation device taken along line 2-2 of Fig. 1 and depicts illustrates a basic multiple mixer and common inlet loading and ignition system in accordance with the present invention;

Figo 3 ist eine auf der Linie 2-2 der Fig. 1 teilgeschnittene Darstellung eines seismischen Gasdetonationsgeräts und zeigt ein anderes Lade- und Zündsystem mit Mehrfachmischung und gemeinsamen Einlassen nach der vorliegenden Erfindung;FIG. 3 is a partially sectioned on line 2-2 of FIG An illustration of a seismic gas detonation device showing an alternate loading and ignition system with multiple mixing and common inlets in accordance with the present invention;

Fig. 4 ist eine teilweise waagerecht geschnittene DarstellungFig. 4 is a partially horizontal sectional view

nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt Hehrfacheinlässe;according to a further embodiment of the present invention and shows multiple inlets;

Fig. 5 ist eine teilweise waagerecht geschnittene Ansicht eines seismischen Gasdetonationsgeräts nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt Mehrfache inlässe mit unterschiedlichen Anzahlen von Gaszweigleitungen ;Fig. 5 is a partially horizontal sectional view of a seismic gas detonation device according to a further embodiment of the present invention and showing multiple inlets with different numbers of gas branch lines;

Fig. 6 ist eine teilweise waagerecht geschnittene DarstellungFig. 6 is a partially horizontal sectional view

eines seismischen Gasdetonationsgeräts nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Hehrfachmischern, die von einem gemeinsamen Einlaß an unterschiedlichen Punkten abzweigen;a seismic gas detonation device according to a further embodiment of the present invention having multiple mixers branching off from a common inlet at different points;

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Figo 7 ist ein schaubildliche Darstellung der Winkelanordnung der Gaszweigleitungen und einer gemeinsamen axialen Gasleitung nach der vorliegenden Erfindung_o Fig. 7 is a diagrammatic representation of the angular arrangement of the gas branch lines and a common axial gas line according to the present invention _{or the like}

Die Figo 1 zeigt ein llasdetonationsgerat 10, bei dem es sich im allgemeinen um ein beliebiges seismisches Gasdetonationsgerät handeln kann, wie es bspwo unter der Bezeichnung DINOSEIS von der Fa₀ Atlantic Richfield Company hergestellt wirdo Das Detonationsgerät 10 besteht aus einem ortsfesten aufrecht stehenden zylindrischen Gehäuse 12, das mit einem freien (d_oh. einem vertikal wie ein Kolben und unabhängig von dem Gehäuse 12 beweglichen) Fuß 14, der auf der Erde aufliegt, und einem obenliegenden Rückschlag- und Erholzylinder 16 zusammengebaut ist, wobei letzterer von einem festen Lager 18 - bspw_o einem LKW-Körper oder einem freistehenden Rahmenwerk- herabhängt« Innerhalb des zylindrischen Gehäuses 12 befindet sich ein beweglicher Generatorkolben 20 auf einer Kolbenstange 22_O Ein Steuerkolben 24 ist innerhalb des oberen Zylinders 16 bewegbar und starr am oberen Ende der Kolbenstange 22 befestigteThe Figo 1 shows a llasdetonationsgerat 10, in which it can be generally be any seismic gas detonation apparatus as wirdo bspwo under the designation DINOSEIS by the company ₀ Atlantic Richfield Company The detonation device 10 consists of a stationary upright cylindrical housing 12 , which is assembled with a free (d _o h. a vertically like a piston and independently of the housing 12 movable) foot 14 which rests on the ground, and an overhead check and Erholzylinder 16, the latter being from a fixed bearing 18 - for example, _o a truck body or a free-standing Rahmenwerk- suspended "within the cylindrical housing 12 is a movable generator piston 20 on a piston rod 22 _O a control piston 24 is movable within the upper cylinder 16 and rigidly attached to the upper end of the piston rod 22

Der Fuß 14 besteht allgemein aus einem Fußkolben 28, einem verbindenden Schaft 29 und einer Bodenschlagplatte 31_o Der Raum zwischen dem Generatorkolben 20 und dem Fußkolben 28 bildet eine ausdehnbare Detonationskammer 30, die mit einem Brenngaseinlaß 32 und einer Entlüftungsöffnung 33 versehen ist, die die Wandung des zylindrischen Gehäuses durchstoßen. Eine größere Abgasöffnung 35 verläuft über der Entlüftungsöffnung 33 durch die Gehäu-The foot 14 generally consists of a foot piston 28, a connecting shaft 29 and a bottom impact plate 31 _o The space between the generator piston 20 and the foot piston 28 forms an expandable detonation chamber 30 which is provided with a fuel gas inlet 32 and a vent opening 33 which the wall pierce the cylindrical housing. A larger exhaust opening 35 runs above the vent opening 33 through the housing

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sewandung und wird zur Detonationskammer 30 trat freigegeben, wenn der Steuerkolben 20 ausreichend hoch über seine Ausgangsruhelage hinaus angehoben worden ist.sew wall and is released to detonation chamber 30 when stepped the control piston 20 has been raised sufficiently high above its initial rest position.

Die Fig«, 2 zeigt eine axiale oder Haupt gasleitung 60, die mit einem Ende an den Einlaß 32 angeschlossen ist. Das andere Ende stellt eine Verzweigung dar; von ihr τerlaufen zwei Zweigleitungen 61, 62 in Strömungsverbindung zu den Gasmischern 63 bzw. 64_o Der Fachmann wird hier einsehen, daß in der in Figo 2 gezeigten Ausführungsform ier Erfindung sowie den weiteren Ausführungsformen dieses Lade- und Zündsystems getrennte Brenngas- und Sauerstoff· quellen mit auf geeignete Weise frengesteuerten Elektromagnetischen Ventilen stromaufwärts der Mischer angeordnet sind. Diese Anlagenteile sowie die Steuereinrichtungen, mit denen diese Ventile mit der gewünschten Geschwindigkeit erregt werden, sind herkömmlich und sollen daher zur einfacheren und übersichtlicheren Darstellung hier nicht weiter erläutert werden.2 shows an axial or main gas line 60 which is connected at one end to the inlet 32. The other end is a branch; of their τerlaufen two branch lines 61, 62 in fluid communication to the gas mixers 63 and 64 _o The skilled artisan will be appreciated here that in the embodiment shown in Figo 2 embodiment ier invention and the further embodiments sources that charge and ignition system separate fuel gas and oxygen · with suitably controlled electromagnetic valves are arranged upstream of the mixer. These parts of the system and the control devices with which these valves are energized at the desired speed are conventional and should therefore not be explained further here for the sake of simpler and clearer illustration.

Im Betrieb werden ein Brenngas und Sauerstoff abwechselnd und wiederholt den Mischern 63, 64 in den gewählten Zündabständen zugeführt, dort vermischt und durch die jeweilige Zweileitung 61 oder 62 in die gemeinsame Gasleitung 60 eingeführt. Das Gemisch strömt also durch den Einlaß 32 in Form getrennter Gemischchargen in gesteuerten Intervallen in dl· Detonationskammer 30 ein. Die Zündung jeder Charge wird mit der gewünschten Zündrate im Mischer 63 oder 64 eingeleitet, wobei man Brenn- und DetonationsfrontenDuring operation, a fuel gas and oxygen are alternately and repeatedly fed to the mixers 63, 64 at the selected ignition intervals, mixed there and through the respective dual line 61 or 62 introduced into the common gas line 60. The mixture thus flows through inlet 32 in the form of separate batches of mixture into the detonation chamber 30 at controlled intervals. the Ignition of each batch is initiated at the desired ignition rate in mixer 63 or 64, with burning and detonation fronts erhält, die sich auf der oben erläuterten Strömungsbahn fortplan-that continues on the flow path explained above.

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zen. Hat die jeweilige Detonationsfront die Kammer 30 erreicht, überträgt der Fuß 14 einen seismischen Druckimpuls auf die Erde, während die Kolben 20, 24 gleichzeitig aufwärts getrieben werden. Der Rückschlag- und Erholzylinder 16 gewährleistet eine schnelle Rückkehr des Kolbens 20 in die Ausgangslage_o Während der Kolben 20 abwärts sinkt, geht ein wesentlicher Teil der Verbrennungsgase in der Kammer 30 durch die Abgasöffnung 35 ab» Erreicht eine nachfolgende Gemischcharge die Kammer durch den Einlaß 32, wird der Rest der Verbrennungsgase in der Kammer 30 durch die Lüftungsöffnung 33 hinausgedrückt; der gesamte Vorgang wiederholt sich dann οZen. If the respective detonation front has reached the chamber 30, the foot 14 transmits a seismic pressure pulse to the earth, while the pistons 20, 24 are simultaneously propelled upwards. The non-return and Erholz cylinder 16 ensures a quick return of the piston 20 to the starting position _o While the piston 20 sinks downwards, a substantial part of the combustion gases in the chamber 30 goes out through the exhaust port 35 »If a subsequent mixture charge reaches the chamber through the inlet 32 the remainder of the combustion gases in the chamber 30 are forced out through the vent 33; the entire process is then repeated ο

In der alternativen Ausführungsform nach Figo 3 weist ein Lade- und Zündsystem nach der vorliegenden Erfindung eine axiale Hauptleitung 70 auf, die von drei getrennten Mischern 71» 72 und 73 gespeist wird, die mit der Hauptleitung 70 über drei Zweigleitungen 74, 75, 76 verbunden sind«, Wie in der Tabelle unten gezeigt, ist, erreicht ein seismisches Gasdetonationsgerät, das periodisch mit dem Lade- und Zündsystem nach Figo 3 betrieben wird, bei einer Zündrate von 660 ms pro Schuß insgesamt 45 seismische Impulse, bevor der Effekt einer verfrühten Zündung bemerkbar wird«In the alternative embodiment according to Figo 3, a loading and ignition system according to the present invention has a main axial line 70 connected by three separate mixers 71 »72 and 73 is fed to the main line 70 via three branch lines 74, 75, 76 are connected «, as shown in the table below is achieved by a seismic gas detonation device which is operated periodically with the charging and ignition system according to FIG an ignition rate of 660 ms per shot, a total of 45 seismic pulses, before the effect of a premature ignition becomes noticeable «

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Anzahl d.Number of d.
EinlasseInlets Inzahl d.In number d.
Mischermixer Anzahl d·Number d
Mischer proMixer pro
EinlaßInlet TabelleTabel OO
OOO
O 11 11 11 ZündrateIgnition rate
(as)(as) CD
00
IS»
CWCD
00
IS »
CW 11
22
22 3
2
43
2
4th 33
11
2,22.2 500500 /0702/ 0702 33 88th 3,3,23.3.2 660660
500500
500500 22 88th 4,44.4 500500 750750

Schüsse pro Gesamtzahl d, EinlaßShots per total number d, inlet

SchüsseShots

4
454th
45

7
50 7th
50

120120

1414th

100100

200200

240240

Die Fig. 4- zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindungο Zur Vereinfachung sollem im folgenden die einzelnen Teile jeder Mischer-Einlaß-Kombination nicht mehr einzeln erwähnt werden. In dieser Ausführungsform weisen die Mischer-Einlaß-Kombinationen 80» 90 jeweils zwei, dolu insgesamt vier Mischer auf«. Wie die Tabelle zeigt, ergibt dieses Lade- und Zündsystem bei einer Zündrate von 500 ms pro Schuß insgesamt 100 erfolgreiche Schüsse in einer Reihe„ Fig. 4- shows another alternative embodiment of the present one Invention o To simplify the following, the individual parts of each mixer-inlet combination no longer individually be mentioned. In this embodiment the mixer-inlet combinations 80 »90 two each, dolu four in all Mixer open «. As the table shows, this gives a charging and ignition system at an ignition rate of 500 ms per shot, a total of 100 successful shots in a row "

Eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 5 gezeigte In dieser Anordnung sind drei getrennte MischerwEinlaß-Kombinationen 100, 110, 120 verwendet, von denen die Kombinationen 100 und 120 je drei Mischer und die Kombination 110 zwei Mischer, also insgesamt acht Mischer verwenden» Vie die Tabelle zeigt, ergibt diese Anordnung mit einer Zündrate von 500 ms pro Schuß insgesamt 200 erfolgreiche aufeinanderfolgende Schüsse.Another alternative embodiment of the present invention is shown in Fig. 5. In this arrangement, three are separate Mixer / inlet combinations 100, 110, 120 used by which the combinations 100 and 120 each have three mixers and the combination 110 use two mixers, ie a total of eight mixers »As the table shows, this arrangement results in one ignition rate from 500 msec per shot a total of 200 successful successive shots.

In der Figo 6 weisen die Mischer-Einlaß-Kombinationen 200-210 jeweils zwei Mischerpaare auf, die einen gemeinsamen Einlaß speisen· Bei der Kombination 200 liegen zwei separate Leitungsverzweigungen 215» 220 vor. Desgl. sind in der Kombination 210 zwei separate Leitungsverzweigungen 225, 230 vorgesehen. Die Tabelle weist aus, daß diese Konfiguration bei einem seismischen Detonationsgerät mit einer Zündrate von etwa 750 ms erfolgreich 240 aufeinanderfolgende Schüsse ergitb.In FIG. 6, the mixer-inlet combinations 200-210 each have two pairs of mixers that feed a common inlet · The combination 200 has two separate line branches 215 »220 before. The same Two separate line branches 225, 230 are provided in the combination 210. The table indicates that this configuration was successful for a seismic detonation device with an ignition rate of approximately 750 ms successive shots.

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Zum Vergleich enthält die Tabelle auch die Gesamtschußzahl, die unter schnellen Zünden eines Geräts wie des Detonationsgeräts 10 mit einem und mit zwei Gaseinlassen mit jeweils einem speisenden Mischer erreicht wurden· Sie Tabelle zeigt dabei deutlich die Verbesserung der Schußzahl, die ausschließlich auf die Verwendung von mehreren Mischern pro Einlaß ohne Änderung der Anzahl der Einlasse selbst zuzuschreiben ist· Insbesondere ergibt das Verdoppeln der Mischerzahl pro Einlaß eine Verbesserung um einen Faktor von 7» das Verdreifachen eine Verbesserung um einen Faktor von etwa 11 und ein Vervierfachen eine Verbesserung um einen Faktor von etwa 17· Offensichtlich gibt es mit Hilfe der Geometrie nach der vorliegenden Erfindung keine praktische Grenze für die erreichbare Länge einer Schußfolge·For comparison, the table also contains the total number of shots with rapid ignition of a device such as the detonation device 10 with one and with two gas inlets, each with a feeding one Mixers were achieved · The table clearly shows the improvement in the number of shots, which is solely due to the use of multiple mixers per inlet without changing the number of inlets itself. In particular, doubling the number of mixers per inlet gives an improvement of one Factor of 7 »tripling an improvement by a factor of about 11 and quadrupling an improvement by a factor of about 17 · Obviously there is with the help of geometry according to the present invention no practical limit for the achievable length of a shot sequence

Während die optimale WinkelZuordnung zwischen den einzelnen Zweigleitungen in diesen verschiedenen Ausführungsformen und ihrer gemeinsamen Axialleitung noch nicht voll durchschaut ist, scheinen dort doch Grenzen zu bestehen» Das Diagramm der Fig. 7 zeigt einen Winkel aC zwischen den Zweigleitungen 74» 75 bzw. 76 und der axialen Hauptleitung 70· Für diesen Winkel -jo hat sich ein Wert von etwa 30° als erfolgreich herausgestellt· In einer praktisch ausgeführten Anordnung können die Zweigleitungen 74- bis 76 und die Hauptleitung 70 zwecksmäßigerweise Öffnungen oder Kanäle sein, die in einen massiven Block (nicht gezeigt) gebohrt sind, der auf der Außenwand einer Detonationskammer befestigt ist. Ein solcher mit Öffnungen versehender Block bildet eine bequeme Lagerung für die Mischer, die jeder dieser Leitungen auf die oben be-While the optimum angular relationship between the individual branch lines in these various embodiments, and their common axial duct not yet fully penetrated seem there too there are limits "The diagram of Fig. 7 shows an angle AC between the branch lines 74» 75 and 76 and the axial main line 70 · For this angle -jo, a value of about 30 ° has been found to be successful · In a practical arrangement, the branch lines 74- to 76 and the main line 70 can conveniently be openings or channels that lead into a solid block (not shown), which is attached to the outer wall of a detonation chamber. Such a block provided with openings provides a convenient storage for the mixers, which each of these lines on the above loading

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schriebene Weise zugeordnet werden müssen_o must be assigned in the written manner _o

Die unerwartete Verbesserung des Widerstands von Mehrfachmischund Funkenzündanordnungen, wie sie oben beschrieben sind, gegen eine verfrühte Zündung ist bisher nicht erschöpfend erklärt» Vermutlich läßt sie sich jedoch auch den schnellen Stoßwellenphänomenen zuschreiben, die mit den Verbrennungsfronten zusammen auftreten, die sich in den Zweileitungen schnell in einem vorgeschriebenen Drehsinn fortpZlanzen, wobei diese Stoßwellen innerhalb der umschlossenen Detonationskammer und in diesen Leitungen reflektiert werden. Die geometrische Anordnung der Mehrfachmischer-Lade- und Zündsysteme nach der vorliegenden Erfindung scheint komplexere primäre und sekundäre Stoßwellenstrukturen zu bewirken als bei den herkömmlichen Systemen der Fall ist.The unexpected improvement in resistance of multiple mixes and Spark ignition arrangements as described above against premature ignition has not yet been fully explained »However, it can presumably also deal with the rapid shock wave phenomena ascribing that occur together with the combustion fronts, which quickly become prescribed in the two lines The direction of rotation is propagated, these shock waves being reflected within the enclosed detonation chamber and in these lines will. The geometrical arrangement of the multiple mixer loading and ignition systems of the present invention appears to be more complex to effect primary and secondary shock wave structures than is the case with conventional systems.

Für optimale Ergebnisse sollte man auf den von aneinandergrenzenden Zweigleitungen eingeschlossenen Winkel achten. Eine gute Anordnung scheint die zu sein, bei der die Zweigleitungen auf den Mantel eines Kegels liegen, dessen Achse in der der gemeinsamen Speiseleitung liegt.For best results one should look to the adjacent ones Pay attention to the included angle on branch lines. A good arrangement seems to be with the branch lines on the Mantle of a cone, the axis of which lies in that of the common feed line.

Die Verwendung des Lade- und Zündsystems nach der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das Zünden eines seismischen Detonationsgeräts beschränkt. Dem Fachmann wird es nicht schwerfallen, das System für den Einsatz in anderen Anordnungen abzuändern, bei denen eine Detonations- oder Verpuffungsreaktion innerhalb einer umschlossenen Brennkammer mit veränderbarem Volumen stattfindenThe use of the charging and ignition system according to the present invention is not limited to the ignition of a seismic detonation device. It will not be difficult for the expert to find that Modify the system for use in other arrangements where a detonation or deflagration reaction occurs within a enclosed combustion chamber with variable volume take place

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"¹⁹~ 275597?" ¹⁹ ~ 275597?

soll. Weiterhin kann man das Syst en mit einer Vielzahl von Brennstoffen speisen; es ist daher nicht auf ein Gemisch beschränkt, wie es oben erläutert ist. Bspw. kann es sich bei dem Brennstoff um ein Pulver oder um Tröpfchen handeln, das bzw_o die in einem Transportmedium dispergiert ist (sind), bei dem es sich gleichzeitig um einen Re akt ions teilnehmen handeln kann«.target. Furthermore, the system can be fed with a variety of fuels; it is therefore not limited to a mixture as explained above. Eg. It may be the fuel is a powder or droplet or _o is dispersed in a transport medium (are), in which it can act to participate at the same time to a re nude ions. "

Es ist in dieser Anmeldung nicht der Versuch unternommen worden, die Querschnittsgeometrie der Zweigleitungen einzugrenzen oder zu definieren. Ss läßt eich theoretisch jedoch voraussehen, daß Änderungen der Größe und Gestalt des Leitungsquerschnitts schließlich auch zu besseren Ergebnissen der vorliegenden Erfindung führen wird·In this application no attempt has been made to to limit or define the cross-sectional geometry of the branch lines. However, it can theoretically be foreseen that Changes in the size and shape of the line cross-section will ultimately also lead to better results of the present invention.

In einem praktisch ausgeführten Setonationsgerät, das mit dem Lade- und Zündsystem nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, ist jeder Mischer über zwei separate Versorgungsleitungen an getrennte Brenn- und Oxidiergasquellen angeschlossen· Jede dieser Versorgungsleitungen enthält ein Stromsteuerventil zwischen der zugehörigen Gasquelle und dem Mischer· Ein so angeordnetes Ventilator wird kurzzeitig geöffnet, um dem Mischer eine Brenngascharge in zeitlicher Zuordnung zu der Betätigung anderer Ventilpaare zuzuführen, die die Gasströmung durch entsprechende Paare von Versorgungsleitungen steuern.In a practical setonation device that works with the Loading and ignition system is equipped according to the present invention, each mixer is via two separate supply lines connected to separate fuel and oxidizing gas sources · Each of these supply lines contains a flow control valve between the associated gas source and the mixer Fuel gas charge to be supplied in a time allocation to the actuation of other pairs of valves, which the gas flow through corresponding Control pairs of utility lines.

Sie Funkenzündeinrichtungen können so angeordnet sein, daß ihre Elektroden in unmittelbarer Berührung mit der von jedem dieserYou spark ignition devices can be arranged so that their Electrodes in close contact with that of each of these

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~²⁰~ 275597?~ ²⁰ ~ 275597?

Mischer erzeugten Gasgemisch stehen,, Es sind fernerregte Zeitsteueranordnungen bekannt, mit denen die Funkenzündeinrichtungen in zeitlicher Zuordnung zum öffnmn der beschriebenen Ventilpaare erregen lassen.Mixer generated gas mixture are, there are remote-excited timing arrangements known, with which the spark ignition devices energize in time allocation to the opening of the valve pairs described permit.

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Claims

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4/Qy/ TELEX: 5227674 / Qy / TELEX: 522767

Pat ent ansprächePatents

A 1662A 1662

Verfahren zum Betreiben einer Anordnung, die sich schnell fortpflanzende Verbrennungsfronten erzeugt, indem dort ein Brennstoff in einer umschlossenen Verbrennungskammer mit veränderbarem Volumen umgesetzt wird, die mindestens einen Brennstoffeinlaß aufweist, der in Ströaungsverbindung mit dem Kammerinnern steht, dadurch gekennzeichnet« daß man betrieblich den Einlaß (32) mit jeder einer Vielzahl von separaten Brennstoffversorgungsleitungen (61, 62 oder 74-, 75, 76) verbindet, die außerhalb der Kammer verlaufen, nacheinander Chargen des Brennstoffs durch die Leitungen in die Kammer einführt, wobei man die Leitungen in einer gewünschten Reihenfolge verwendet, und schließlich den Brennstoff in jeder der Leitungen nach dem Einführen der jeweiligen Charge in die Kammer zündet, so daß die Fronten nacheinander in den Leitungen erzeugt werden und sich in ihnen in die Kammer hinein fortpflanzen»A method of operating an arrangement which produces rapidly propagating combustion fronts by converting a fuel in an enclosed combustion chamber of variable volume having at least one fuel inlet which is in flow communication with the interior of the chamber, characterized in that the inlet ( 32) with each of a plurality of separate fuel supply lines (61, 62 or 74-, 75, 76) extending outside the chamber, sequentially introducing batches of fuel through the lines into the chamber, using the lines in a desired order , and finally ignites the fuel in each of the lines after the respective charge has been introduced into the chamber, so that the fronts are successively generated in the lines and propagate into the chamber in them »

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß man eine Vielzahl von Brennstoffeinlassen (32) verwendet und so die Anzahl der nacheinander erzeugten Fronten in einer einzigen Erregungsserie der Leitungen proportional erhöht»2. The method according to claim 1, characterized in that «that one uses a plurality of fuel inlets (32) and thus proportionally increases the number of successively generated fronts in a single excitation series of the lines»

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ORIGINAL INSPECTEOORIGINAL INSPECTEO

Apparatus which generates rapidly propagating combustion fronts by converting fuel within an enclosed combustion chamber of variable volume, the chamber having a loading and ignition system and at least one fuel inlet in fluid communication with the chamber, characterized by a plurality separate fuel supply lines (61, 62 or 74 · »75» 76) operatively connected to the inlet (32) and extending therefrom outside the chamber (30) by means for sequentially charging the fuel into the chamber through the separate fuel supply lines in a desired order, and by means to ignite the fuel outside the chamber after the charge has been introduced into it, so that the fronts in the lines are sequentially created and propagated within them to the chamber.

4. System according to claim 3, characterized ^ that the separate fuel supply lines are connected to the at least one fuel inlet via an interposed main gas line (60 and 70) »

5ο System according to claim 4, characterized in that the separate fuel supply lines have a common connection point on the main gas line.

System according to claim 5 » characterized in that the

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supply lines to the main line at an angle at about 30 ° to the main line.

System according to Claim 5 or 6, characterized in that there are three supply lines.

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED