DE2937500C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser durch Implosion, mit zwei Platten, die zueinander zwischen einer Spreizstellung und einer Annäherungsstellung beweglich sind, wobei die beiden beweglichen Platten an ihrem Umfang durch wenigstens eine nachgiebige Dichtung verbunden sind, die mit diesen eine dichte Kammer variablen Volumens bildet, und mit Einrichtungen zum Spreizen der beweglichen Platten und zu deren zeitweiliger Festlegung in der Spreizstellung, wobei eine Spreizeinrichtung einen ersten fest mit einer der beweglichen Platten verbundenen Zylinder aufweist und ein Kolben in dem ersten Zylinder gleitet und mit einer Stange versehen ist, die so ausgebildet ist, daß sie gegen eine bezüglich der anderen beweglichen Platte festen Wandung drückt, und mit einer Druckfluidverteilereinrichtung, die auf den Kolben einen zeitweiligen Druck ausübt, wobei die Einrichtung einen zweiten Zylinder sowie eine Fluiddrucksammelquelle.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus der US-PS 35 64 492. Ähnliche Vorrichtungen sind in der DE-OS 23 59 038, der US-PS 41 03 280 oder der US-PS 42 03 501 beschrieben.

So betrifft beispielsweise die US-PS 41 03 280 eine seis­ mische Implosionsquelle mit Einrichtungen zum Spreizen der beweglichen Platten und um diese zeitweilig in ihrer Spreiz­ stellung zu halten, wobei die Realisierung völlig durch eine Ausbildung der ineinandergleitenden Kolben und Zylinder er­ folgt und ein Stößelelement vorgesehen ist, das sich gegen eine fest mit der Platte verbundene Wandung abstützt und sie, wenn sie vom Kolben mitgenommen wird, zurückstößt.

Beim Enthub in die Spannstellung kommt das Ventil in Kontakt mit einem Sitz; ein hydraulischer Unterdruck hält es am Ort, während der Kolben in seine obere Stellung rückgeführt wird. Ein Druckausgleich zu beiden Seiten des Stützventils gibt diese frei; die Platten nähern sich unter dem Einfluß des hydrostatischen Außendrucks an.

Nun können die starken, von den mechanischen während der Implosion der steifen Kammer in Bewegung befindlichen Teile erfahrenen Beschleunigungen Grund für Schwierigkeiten sein.

Pannen können sich während der Benutzung wegen der Ermüdung der Bauteile einstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Hinblick auf die großen Beschleunigungen eine Vorrichtung anzugeben, die mit weniger Bauteilen auskommt.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß der zweite bezüglich des ersten feste Zylinder eine erste Kammer sowie eine zweite Kammer umfaßt, die zeitweilig mit der ersten Kammer über eine erste Öffnung, mit dem ersten Zylinder über eine zweite Öffnung und dauernd mit der äußeren Umgebung über eine dritte Öffnung in Verbindung steht; und daß die Verteilereinrichtung eine Ventilklappe mit Ventilstange von einem Querschnitt umfaßt, der kleiner als der des Ventil­ klappenkopfes ist und zwischen einer ersten Stellung, in der der Ventilklappenkopf und das Ende der Ventilstange jeweils dicht die erste und zweite Öffnung der zweiten Kammer verschließen und in eine zweite Stellung verschiebbar sind, 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 Einrich­ tungen, die zeitweilig mit Druckfluid das Innere der ersten Kammer des zweiten Zylinders speisen, und mit Einrichtungen, die intermittierend das Fluid unter Druck im ersten Zylinder aufrechterhalten.

Die Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen sind beachtlich:
die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt wesentlich weniger mechanische Elemente. Die Gelenkarme einer bekannten Vorrich­ tung fallen weg. Das gleiche gilt für das elektromagnetische Haltesystem. Mechanisch ist die Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung wesentlich einfacher, auch einfacher als die nach der US-PS 42 03 501.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß Meereswasser als hydraulische Flüssigkeit verwendet werden kann.

Die Rückführleitungen aus der US-PS 42 03 501 oder die aus der US-PS 35 64 492 fallen weg. Beim Aus­ lösen wird das Wasser direkt nach außen (über die hierfür vorgesehene Öffnung 23) abgeführt. Die Ausbildung ist zudem vereinfacht. Die Druckwasserspeisepumpe kann auf einer schwimmenden Plattform oberhalb des Tauchorts der seismischen Quelle beispielsweise oder auf einer geschleppten getauchten Plattform installiert und mit der seismischen Quelle ver­ bunden sein.

Die Verwendung einer Verteilervorrichtung, die nach außen hin offen ist, ermöglicht es, allgemein auf Rückführkanäle zu verzichten, wenn die Druckfluidquelle auf dem Schleppfahr­ zeug installiert ist. Die Installation des Speisekreises sowie der Druckfluidaquelle auf einer schwimmenden Plattform oder einem im getauchten Zustand geschleppten Schwimmer wird dadurch erleichtert, daß das unter Druck zu setzende Fluid nunmehr direkt aus der äußeren Umgebung entnommen werden kann.

Im Falle einer im Wasser ausgelösten seismischen Quelle be­ steht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dieses Wasser als hydraulisches Fluid zu verwenden. Allerdings kann auch Luft Verwendung finden. Keinerlei mechanische Zwischen­ bauteile sind notwendig, um den Kolben in Spreizstellung der beweglichen Elemente zu drücken, wie dies noch bei den bekannten Vorrichtungen der Fall war.

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

Fig. 1 schematisch eine Gesamtdarstellung der Vorrichtung im Teilschnitt;

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 Verteilerein­ richtung gezeigt ist und die beweglichen Elemente sich in Spreizstellung befinden; und

Fig. 4 eine schematische Teildarstellung der Vorrichtung, wobei die Ausbildung der Verteilereinrichtung ge­ zeigt ist und die beweglichen Elemente sich in einer Zwischenstellung zwischen Spreizstellung und Annäherungs­ stellung befinden.

Nach den Figuren umfaßt die Vorrichtung 1 und 2 zwei bewegliche kreisförmige 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 Platten voneinander unter der Wirkung einer Verteilereinrichtung 5 spreizt, wie 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 Ver­ tiefung 8, die mit dem Inneren der Kammer über eine Öffnung 7 in Verbindung steht, die der Öffnung 6 der Platte 1 gegen­ überliegt. Der durch die Vertiefungswandung 8 begrenzte Raum 9 bildet so eine Verlängerung des durch die beweglichen Platten begrenzten Innenhohlraums. Ein erster Zylinder 10 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 drückt. Der Weg des Kol­ bens 13 im Innern des Zylinders 10 ist wenigstens gleich der maximalen Spreizung zwischen den Platten 1 und 2.

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 Zylinders 10 ist ein zweiter hiermit fest verbundener Zylinder 17 vorgesehen, der ein erstes Element der Ver­ teilereinrichtung bildet. Im Innern des zweiten Zylinders sind eine erste Kammer 18 und eine zweite Kammer 19 vor­ gesehen, 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 eine Lagerung 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 geht.

Die erste Kammer 18 steht über eine Öffnung 24, die durch die Stirnwand 25 des zweiten Zylinders gegenüber der Trenn­ wand 22 geht sowie über einen Kanal 26 mit einem Zwei­ stellungsverteiler 27 in Verbindung, der ein zweites Ele­ ment der Verteilereinrichtung bildet.

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 Durch­ messer wenigstens gleich demjenigen des Ventilklappen­ sitzes 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 31 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 ver­ breiterten Teil auf der Seite des Kopfes der Ventilklappe 32 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 31 rückgeführt wird.

Die Öffnung 24 der Stirnwandung wird vorzugsweise im Boden der Ausnehmung 36 ausgespart. Der Zweistellungsverteiler 27 ist so ausgebildet, daß der Kanal 26 abwechselnd in Verbindung gesetzt wird mit einer auf einem Schiff oder beispielsweise auf einer geschleppten Tauchanordnung angeordneten Druck­ fluidquelle 38 und andererseits mit der äußeren Umgebung, in die die Vorrichtung taucht.

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 ver­ bunden sind.

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

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die beiden Platten 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 Platten 1 und 2 (Fig. 3).

Will man die Vorrichtung auslösen, so kehrt man den Ver­ teiler 27 um und setzt die Kammer 18 mit der äußeren Niederdruckumgebung in Verbindung, was dank des Vorhanden­ seins des Rückschlagventils 39 hier kräftig den Druck ab­ fallen läßt und damit die auf den Ventilkörper 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 Ventilklappen­ kopf 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 der äußeren Umgebung aus; die Kraft, die der hydrostatische Druck auf die Platten 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 Platten wird eine starke Schallwelle erzeugt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Abgabe von Schallwellen in Wasser durch Implosion, mit zwei Platten, die zueinander zwischen einer Spreizstellung und einer Annäherungsstellung beweglich sind, wobei die beiden beweglichen Platten an ihrem Umfang durch wenigstens eine nachgiebige Dichtung verbunden sind, die mit diesen eine dichte Kammer variablen Volumens bildet, und mit Einrichtungen zum Spreizen der beweglichen Platten und zu deren zeitweiliger Festlegung in der Spreizstellung, wobei eine Spreizeinrichtung einen ersten fest mit einer der beweglichen Platten verbundenen Zylinder aufweist und ein Kolben in dem ersten Zylinder gleitet und mit einer Stange versehen ist, die so ausgebildet ist, daß sie gegen eine bezüglich der anderen beweglichen Platte festen Wandung drückt, und mit einer Druckfluidverteilereinrichtung, die auf den Kolben einen zeitweiligen Druck ausübt, wobei die Einrichtungen einen zweiten Zylinder sowie eine Fluiddrucksammelquelle umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite, bezüglich des ersten festen Zylinders (17) eine erste Kammer (18) sowie eine zweite Kammer (19) umfaßt, die zeitweilig 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 (32) und das Ende der Ventilstange (28) jeweils dicht die erste und zweite Öffnung (20, 21) der zweiten Kammer (19) verschließen und in eine zweite Stellung verschiebbar sind, in der die ersten und zweiten Öffnungen (20, 21) freigelegt sind, wobei die Ventilklappe (28, 32) 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 zeitweilig mit Druckfluid das Innere der ersten Kammer (18) des zweiten Zylinders (17) speisen, und mit Einrichtungen, die zeitweilig das Fluid unter Druck im ersten Zylinder (10) aufrechterhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung (20) der zweiten Kammer (19) begrenzt ist durch ein ringförmiges Bauteil (29) im zweiten Zylinder (17), wobei das ringförmige Bauteil (29) einen Sitz (31) für den Ventilklappenkopf (32) bildet, der so ausgebildet ist, daß er in der ersten Kammer (18) verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die dauernd auf die Ventilklappe (28, 32) eine Kraft in Richtung auf die erste Stellung ausübt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die das Innere der ersten Kammer (18) des zweiten Zylinders (17) zeitweilig mit Druckfluid speisen, einen Zweistellungsverteiler (27) umfassen, der in der ersten Stellung mit einer Druckwasserquelle (38) und in einer zweiten Stellung mit der äußeren Umgebung in Ver­ bindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schicht aus Dämpfungsmaterial zwischen den beiden beweg­ lichen Platten (1, 2).

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die auf die Ventilklappe (28, 32) dauernd eine Kraft in Richtung auf die erste Stellung ausübt, eine Feder (35) zwischen der Innenwand des Kopfes des zweiten Zylinders (17) und dem Kopf der Ventilklappe (28, 32) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die zeitweilig das Fluid unter Druck im ersten Zylinder (10) hält, von einem Rückschlagventil (39) im Fluidspeiseweg des Zylinders gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (39) in einem Lager für die Feder (35) im Ventilklappenkopf (32) angeordnet ist.