DE2937500A1 - Vorrichtung zur abgabe von schallwellen in eine fluessigkeit durch implosion - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in eine Flüssigkeit

durch Implosion

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgabe von Schall wellen durch Implosion, wie sie insbesondere zur seismischen Erkundung verwendbar ist.

Bekannt sind Einrichtungen, die Schallwellen durch Implosion abgeben und zwei bezüglich einander bewegliche Elemente umfassen, die mit wenigstens einer nachgiebigen sie am Umfang vereinigenden Membran eine dichte Kammer bilden, in deren Innerem ein Druck kleiner als der Außendruck, und vorzugsweise ein sehr geringer Druck herrscht, in Zuordnung zu Spreizeinrichtungen für die beweglichen Elemente mit einem fest mit einem der beweglichen Elemente verbundenen Zylinder und einem im Zylinder unter der Wirkung einer hydraulischen Anordnung gleitenden Kolben, der das andere bewegliche Element bis in eine Spreizstellung drückt, wo es intermittierend durch Blockiereinrichtungen gehalten wird. Das durch die hydraulische Einrichtung komprimierte Fluid wirkt auf den Kolben entweder direkt oder über ein verschiebbares mechanisches Teil, das sich intermittierend auf den Kolben abstützt und ihn gegen die Spreizstellung der beweglichen Elemente mitnimmt.

Die hydraulische Speiseanordnung der Vorrichtung umfaßt Einrichtungen, die ein Fluid, beispielsweise Öl, unter Druck setzen und in geschlossenem Kreislauf arbeiten. Die Schallwellenabgabevorriclitung kann in Tauchlage durch das Schiff über ein relativ großes Stück geschleppt werden; die Gesamtlänge der das Fluid zur Vorrichtung zuführenden und rückführenden Kanäle kann erheblich sein.

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Die Vorrichtung nach der Erfindung geht aus von zwei bezüglich einander zwischen einer Spreizstellung und einer Annäherungsstellung beweglichen Elementen. Die beiden beweglichen Elemente sind an ihrem Umfang über wenigstens eine nachgiebige Membran vereinigt und begrenzen mit dieser eine dichte Kammer variablen Volumens. Sie umfaßt auch Einrichtungen zum Spreizen der beweglichen Elemente und um diese intermittierend in Spreizstellung stillzusetzen und weist einen fest mit einem der beweglichen Elemente verbundenen Zylinder auf, in welchem ein mit einer Kolbenstange verbundener Kolben gleitet, wobei erstere so ausgebildet ist, daß sie in Kontakt mit einer bezüglich des anderen beweglichen Elementes festen Wandung kommt und mit einer Verteilereinrichtung, die auf den Kolben einen intermittierenden Druck ausübt, wobei die Einrichtung einen zweiten bezüglich des ersten Zylinders festen Zylinder sowie Einrichtungen aufweist, die ein Fluid unter Druck setzen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der zweite Zylinder eine erste Kammer sowie eine zweite Kammer umfaßt, die intermittierend mit der ersten Kammer über eine erste Öffnung, mit dem ersten Zylinder über eine zweite Öffnung und dauernd mit der äußeren Umgebung über wenigstens eine dritte Öffnung in Verbindung steht; und daß die Verteilereinrichtung eine Ventilklappe mit Ventilstange von einem Querschnitt umfaßt, der kleiner als der des Venti1klappenkopfs ist und zwischen einer ersten Stellung, in der der Ventilklappenkopf und das Ende der Ventilstange jeweils im wesentlichen dicht die erste und zweite Öffnung der zweiten Kammer verschließen und einer zweiten Stellung verschiebbar ist, in der die ersten und zweiten Öffnungen freigelegt sind, wobei die Ventilklappe zu beiden Seiten und parallel zu ihrer Längsachse von einem Kanal zur Speisung des ersten Zylinders mit Druckfluid durchsetzt ist; und durch Einrichtungen, die intermittierend mittels Druckfluid das Innere der ersten Kammer des zweiten Zylinders speisen, und mit Einrichtungen, die intermittierend das Fluid unter Druck im ersten Zylinder aufrechterhalten.

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Die Verwendung einer solchen gegen das Äußre, die Rolle eines Fluids unter niedrigem Druck spielenden Mediums offenen Verteilereinrichtung ermöglicht es, auf den Rückführkanal zu verzichten, wenn die Druckfluidquelle auf dem Schleppfahrzeug installiert ist. Die Installation des Speisekreises sowie der DruckfluidqueHe auf einer schwimmenden Plattform oder einem im getauchten Zustand geschleppten Schwimmer wird dadurch erleichtert, daß das unter Druck zu setzende Fluid direkt aus der äußeren Umgebung entnommen wird.

Im Falle einer im Wasser betätigten seismischen Quelle besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dieses Wasser als hydraulisches Fluid zu verwenden; auch Luft kann jedoch Verwendung finden.

Darüber hinaus ist keinerlei mechanisches Zwischenbauteil notwendig, um den Kolben in Spreizstellung der beweglichen Elemente wie bei den bekannten Einrichtungen zu drücken.

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

Fig. 1 schematisch eine Gesamtdarstellung der Vorrichtung im Te ilschnitt;

Fig. 2 eine schematische Teildarstellung der Vorrichtung der Fig. 1, wobei der Aufbau des Verteilerkreises gezeigt ist und die beweglichen Elemente sich in Annäherungsstellung befinden ;

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei der Aufbau der Verteilereinrichtung gezeigt ist und die beweglichen Elemente sich in Spreizstellung befinden; und

Fig. 4 eine schematische Teildarstellung der Vorrichtung, wobei die Ausbildung der Verteilereinrichtung gezeigt ist und die beweglichen Elemente sich in einer Zwi schens tell Ling zwischen .Spreizstellung und Annäherungs-

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stellung befinden.

Nach diesen Figuren bestehen die beiden beweglichen Elemente 1 und 2 aus zwei kreisförmigen Platten. Ein Ringflansch 3 ist an ihrem Umfang angeordnet. Zwei Ringbänder 4 aus einem nachgiebigen Material sind jeweils am Flansch 3 und an einer der beiden Platten 1, 2 befestigt. Die aus den beiden Platten 1 und 2 des Ringflansches 3 und den Ringbändern 4 bestehende Anordnung bildet eine im wesentlichen dichte Kammer, deren Volumen variiert, wenn man die beweglichen Elemente voneinander unter der Wirkung einer Verteilereinrichtung 5 spreizt, die genauer in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist. Ein Druck, der kleiner als der hydrostatische Druck auf Arbeitstiefe ist, wird in dem Raum hergestellt. Um die Wirksamkeit der Vorrichtung zu steigern, stellt man hierin vorzugsweise Unterdruck her.

Die Platte 1 umfaßt eine Öffnung 6 im mittleren Teil (Fig. 2, 3 und 4). Die Platte 2 umfaßt im mittleren Teil eine Vertiefung 8, die mit dem Inneren der Kammer über eine Öffnung in Verbindung steht, die der Öffnung 6 der Platte 1 gegenüberliegt. Der durch die Vertiefungswandung 8 begrenzte Raum 9 bildet so eine Verlängerung des durch die beweglichen Elemente begrenzten Innenhohlraums. Ein erster Zylinder ist beispielsweise an der Außenwandung der Platte 1 befestigt. Er durchsetzt diese in der Öffnung 6 und greift in die Vertiefung 8 der Platte 2 über die Öffnung 7. Der Zylinder umfaßt eine seine Stirnwand durchsetzende Öffnung 11, gegenüber der Vertiefung 8.

Im Zylinder gleitet ein Kolben 13, der mit Dichtungen 14 auf seinem Umfang versehen ist; eine Stange 15 durchsetzt die Öffnung 11 und ist so ausgebildet, daß sie gegen den Boden der Vertiefung 8 in Kontakt kommt. Der Weg des Kolbens 13 im Innern des Zylinders 10 ist wenigstens gleich der maximalen Spreizung zwischen den Platten 1 und 2.

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Ein axialer auf der Innenseite des Zylinders 10 offener Hohlraum 16 kann im Innern des Kolbens 13, um für eine Erleichterung der Vorrichtung zu sorgen, vorgesehen sein. Am Ende des der ersten Öffnung 11 gegenüberliegenden ZylindersiO ist ein zweiter hiermit fest verbundener Zylinder 17 vorgesehen, der ein erstes Element der Verteilereinrichtung bildet. Im Innern des zweiten Zylinders sind eine erste Kammer 18 und eine zweite Kammer 19 vorgesehen, die miteinander über eine erste öffnung 20 in Verbindung stehen. Letztere, deren Querschnitt kleiner als der der ersten Kammer ist, ist nach dem gewählten Beispiel dadurch gebildet, daß in das Innere der zweiten Kammer und bis zu deren Boden ein ringförmiges Bauteil 29 eingeführt ist, das auf seiner Außenwand ein Lager für Dichtungen 30 bildet und deren der ersten Kammer am weitesten benachbarte Stirnwandung einen Ventilsitz 31 bildet. Die zweite Kammer 19 steht im übrigen mit dem ersten Zylinder 10 über eine zweite Öffnung 21 (Fig. 3 und 4) in Verbindung. Diese ist in einer mit dem ringförmigen Bauteil 29 festen Trennwand 22 vorgesehen, die die beiden Zylinder trennt und nach dem Ausführungsbeispiel in einem einzigen Block ausgebildet ist.

Die zweite Kammer 19 umfaßt im übrigen wenigstens eine dritte öffnung 23, die quer durch die seitliche Wandung des zweiten Zylinders 17 und des Ringbauteils 29 ausgespart ist.

Die erste Kammer 18 steht über eine öffnung 24, die durch die Stirnwand 25 des zweiten Zylinders gegenüber der Trennwand 22 geht sowie über einen Kanal 26 mit einem Zweistellungsverteiler 27 in Verbindung, der ein zweites Element der Verteilereinrichtung bildet.

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Eine ein drittes Element der Verteilereinrichtung bildende Ventilklappe umfaßt eine Stange 28 im zweiten Zylinder 17, die so ausgebildet ist, daß sie sich entsprechend dessen Längsachse verschiebt und umfaßt einen Ventilkopf 32, dessen Durchmesser wenigstens gleich demjenigen des Ventilklappensitzes 31 ist und so ausgebildet ist, daß sie sich in der ersten Kammer 18 verschiebt.

Die Länge der Stange der Ventilklappe 28 ist derart, daß dann, wenn der Kopf der Ventilklappe 32 gegen seinen Sitz anliegt, das freie Ende der Stange die öffnung 21 vermittels einer Ringdichtung 37 verschließt. In dieser Stellung sind die beiden öffnungen 20 und 21 verschlossen (Fig. 3).

Die Ventilstange 28 wird auf ihrem Weg durch Führungselemente 33 geführt, die hiermit fest verbunden sind und die bei der Bewegung des Ventils längs der Innenwand des Bauteils 29 gleiten.

Die Ventilklappe wird zu beiden Seiten entsprechend ihrer Längsachse von einem Kanal 34 durchsetzt, der einen verbreiterten Teil auf der Seite des Kopfes der Ventilklappe trägt. Am Boden dieses verbreiterten Teils befindet sich ein Rückschlagventil 39 sowie dessen Sitz 40. Hierin lagert darüber hinaus eine Feder 35, deren eines Ende in eine Ausnehmung 36 des Bodens 25 des zweiten Zylinders greift und deren zweites Ende auf dem Sitz 40 der Klappe 39 ruht. Die Feder ist leicht zusammengedrückt, derart, daß immer der Kopf der Ventilklappe 32 in Kontakt mit ihrem Sitz rückgeführt wird.

Die Öffnung 24 der Stirnwandung wird vorzugsweise im Boden der Ausnehmung 36 ausgespart. Der Zweistellungsverteiler ist so ausgebildet, daß der Kanal 26 abwechselnd in Verbindung gesetzt wird mit einer auf einem Schiff oder beispielsweise auf einer geschleppten Tauchanordnung angeordneten Druckfluidquelle 38 und andererseits mit der äußeren Umgebung, in die die Vorrichtung taucht.

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Nach der gewählten Ausführungsform sind die Zylinder 10 und

17 aus einem einzigen Block hergestellt; man kann sie jedoch auch durch zwei Zylinder, je mit einer Stirnwand versehen, ersetzen, wobei die beiden Zylinder starr miteinander verbunden sind.

Schließlich kann die Vorrichtung vorteilhaft eine in den Fig. nicht dargestellte Platte aus einem dämpfenden Material umfassen, die zwischen den beweglichen Elementen vorgesehen ist, um ein wenig die im Augenblick des Aufeinandertreffens erzeugten Stöße zu dämpfen.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die beiden beweglichen Elemente 1 und 2 befinden sich in Annäherungsstellung (Fig. 2); der Verteiler 27 wird betätigt; Wasser unter Druck wird über den Kanal 26 in die erste Kammer

18 des zweiten Zylinders 17 und über den Kanal 34 in den Zylinder 10 geschickt.

Der Druck des Wassers wirkt auf den Kopf 32 sowie auf das Ende der Ventilstange 28 und läßt hier entgegengesetzte Kräfte zur Wirkung kommen; da jedoch die Oberfläche des Ventilkopfes 32 größer als die des Endes der Stange 28 ist, ist auch die auf den Ventilkopf 32 wirkende Kraft größer als die, die auf das Ende der Stange 28 wirkt, was dazu führt, daß der Kopf des Ventils 32 auf seinen Sitz 31 gepreßt wird, die Stange 28 in die Öffnung 21 eingedrückt gehalten wird und mittels der Dichtung 37 diese öffnung dicht abgeschlossen wird. Der Druck kann dann auf den Kolben 13 wirken und sorgt für ein Spreizen der beweglichen Elemente 1 und 2 (Fig. 3).

Will man die Vorrichtung auslösen, so kehrt man den Verteiler 27 um und setzt die Kammer 18 mit der äußeren Niederdruckumgebung in Verbindung, was dank des Vorhandenseins des Rückschlagventils 39 hier kräftig den Druck ab-

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fallen läßt und damit die auf den Ventilkopf 32 wirkende Kraft vermindert; diese Kraft wird dann geringer als die am Ende der Stange 28 wirkende. Der Ventilklappenkopf 32 entfernt sich dann von seinem Sitz; der Druck in den Kammern 18 und 19 wird ausgeglichen. Die auf den Ventilklappenkopf 32 wirkende Kraft wird dann null, was die Bewegung der Ventilklappe gegen den Boden 25 des Zylinders 17 beschleunigt und so die öffnung 21 freilegt.

Der Druck im Zylinder 10 gleicht sich dann mit dem der äußeren Umgebung aus; die Kraft, die der hydrostatische Druck auf die beweglichen Elemente 1 und 2 ausübt, wird nicht mehr durch den Schub des Kolbens 13 ausgeglichen. Die beweglichen Elemente nähern sich somit plötzlich einander und drängen den Kolben zurück, der das Wasser aus dem Zylinder 10 gegen die äußere Umgebung über die öffnung 23 austreibt.

Im Augenblick des Aufpralls der beiden beweglichen Elemente wird eine starke Schallwelle erzeugt.

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Claims (8)

Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in eine Flüssigkeit durch Implosion PATENTANSPRÜCHE

1.) Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser durch implosion, mit zwei Elementen, die bezüglich einander zwischen einer Spreizstellung und einer Annäherungsstellung beweglich sind, wobei die beiden beweglichen Elemente an ihrem Umfang durch wenigstens eine nachgiebige Membran vereinigt sind, die mit diesen eine dichte Kammer variablen Volumens begrenzt; und mit Einrichtungen zum Spreizen der beweglichen Elemente und zu deren intermittierender Festlegung in Spreizstellung, wobei diese Spreizeinrichtungen einen ersten fest mit einem der beweglichen Elemente verbundenen Zylinder aufweisen und ein Kolben in dem ersten Zylinder gleitet und mit einer Stange versehen ist, die so ausgebildet ist, daß sie gegen eine bezüglich des anderen beweglichen Elementes festen Wandung in Kontakt kommt; und mit einer Druckfluidverteilereinrichtung, die auf den Kolben einen intermittierenden Druck ausübt, wobei die Einrichtung einen zweiten bezüglich des ersten Zylinders festen Zylinder sowie eine Fluiddruckquelle umfaßt, dadurch g e -

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kennzeichnet , daß der zweite Zylinder (17) eine erste Kammer (18) sowie eine zweite Kammer (19) umfaßt, die intermittierend mit der ersten Kammer (18) über eine erste öffnung (20), mit dem ersten Zylinder (10) über eine zweite öffnung (21) und dauernd mit der äußeren Umgebung über eine dritte Öffnung (23) in Verbindung steht; und daß die Verteilereinrichtung eine Ventilklappe (28; 32) mit Ventilstange (28) von einem Querschnitt umfaßt, der kleiner als der des Ventilklappenkopfs (32) ist und zwischen einer ersten Stellung, in der der Ventilklappenkopf und das Ende der Ventilstange jeweils im wesentlichen dicht die erste und zweite Öffnung der zweiten Kammer verschließen und einer zweiten Stellung verschiebbar ist, in der die ersten und zweiten Öffnungen freigelegt sind, wobei die Ventilklappe zu beiden Seiten und parallel zu ihrer Längsachse von einem Kanal (34) zur Speisung des ersten Zylinders (10) mit Druckfluid durchsetzt ist; und durch Einrichtungen, die intermittierend mit Druckfluid das Innere der ersten Kammer des zweiten Zylinders speisen, und mit Einrichtungen, die intermittierend das Fluid unter Druck im ersten Zylinder aufrechterhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Öffnung (20) der zweiten Kammer (19) begrenzt ist durch eine Schulter der Seitenfläche des zweiten Zylinders, wobei die Schulter einen Sitz (31) für den Ventilkopf (32) bildet, wobei letzterer so ausgebildet ist, daß er sich völlig in der ersten Kammer (18) verschiebt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die dauernd auf das Ventil eine Kraft ausüben, die versucht, es gegen die erste Stellung zu verschieben.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen, die das Innere der ersten Kammer des zweiten Zylinders intermittierend mit Druckfluid speisen, einen Zweistellungsverteiler (27) umfassen, der in einer ersten Stellung mit einer Druckwasserquelle (38) und in einer zweiten Stellung mit der äußeren Umgebung in Verbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schicht aus Dämpfungsmaterial zwischen den beiden beweglichen Elementen (1; 2).

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die auf das Ventil dauernd eine Kraft ausüben, die versucht, es gegen die erste Stellung zu verschieben, gebildet sind durch eine Feder, die zwischen der Innenwand des Kopfes des zweiten Zylinders und dem Kopf der Ventilklappe zusammengedrückt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen, die intermittierend das Fluid unter Druck im ersten Zylinder (10) halten, von einem Rückschlagventil (39) im Fluidspeiseweg des Zylinders gebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Rückschlagventil (59) in einem Lager für die Feder (35) im Ventilklappenkopf angeordnet ist und daß sich die Feder (35) gegen diese Klappe (39) abstützt.

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