DK153254B - Undervands-implosionsimpulsgenerator - Google Patents

Description

i

DK 153254B

o

Opfindelsen angår en undervands-implosionsimpuls-generator af den i krav l's indledning angivne art.

Sådanne generatorer kendes, f.eks. fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.616.959.

5 I den således kendte generator tilføres energien til at drive stemplet fra en trykluftkilde, f.eks. en kompressor, og stemplets bevægelser styres ved hjælp af en elektrisk styret ventil. Anvendelsen af trykluft som energioverføringsmedium medfører imidlertid dels, at virkningsgraden 10 bliver forholdsvis lav, dels at impulsfrekvensen ikke kan blive særlig høj, da tilstrømningen af den til stemplets fremdrivning fornødne trykluftmængde går forholdsvis langsomt.

Undervands-implosionsimpulsgeneratoren ifølge opfin-15 delsen er ejendommelig ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning og indretning.

Ved at der, som angivet i kravets afsnit e, til stadighed opretholdes fuldt luftartstryk i det andet kammer, er det ikke nødvendigt at tilføre yderligere luftart efter 20 hvert slag, og dette kan fortrinsvis opnås ved den enkle procedure at fylde det andet kammer én gang for alle (fraset påfyldninger p.g.a. eventuelle lækager) og lukke det med en stopventil. Herved kommer det andet kammer til at virke som en trykakkumulator, som "oplades" ved at der ind-25 føres trykvand gennem den i kravets afsnit f nævnte trykvandsindførselsåbning, idet det indførte trykvand presser stemplet i retning fra det første imod det andet kammer, så at det første kammer fyldes med vand, mens luftarten i det andet kammer sammenpresses. Under indføringen af trykvand i 30 det første kammer holdes det i kravets afsnit 2 nævnte ventilorgan i den i afsnit g3 nævnte første stilling, så at vandet ikke kan strømme ud gennem stråledyseåbningerne.

Når stemplet er presset helt tilbage i det andet kammer og luftarten heri er maksimalt sammenpresset, er generatoren 35 "skudklar", og "affyres" ved at fjerne trykket i den gennem styreventilen tilførte trykvæske, hvorved ventilorganet 2

O

DK 153254B

under påvirkning af trykket i vandet i det første kammer bevæger sig til den anden stilling og frilægger stråle-dyseåbningerne. Nu kan stemplet bevæge sig fremad i cylinderen i retning fra det andet imod det første kammer, idet 5 det påvirkes hertil af den i det andet kammer sammenpres sede luftart og presser vandet i det første kammer med høj hastighed ud gennem stråledyseåbningerne. Under stemplets afsluttende bevægelse farer det ind i den i afsnit g2 nævnte boring i ventilorganet og spærrer dermed pludse-10 ligt forbindelsen mellem det første kammer og dyseåbning erne, så at de frembragte vandstråler afbrydes brat, og der på kendt måde dannes kavitationsbobler bag de af strålerne forskudte vandmasser, hvilke bobler ved den påfølgende sammenklapning frembringer den ønskede implosions-15 impuls, der anvendes som seismisk signal. Når stemplet be finder sig i den i ventilorganet udformede boring, af-spærres også forbindelsen mellem det første kammer og den del af ventilorganet, hvorigennem dette af trykket i det første kammer kan påvirkes hen imod den anden stilling, 20 så at det under påvirkning af det gennem styreventilen til førte væsketryk igen kan bringes tilbage til den første stilling, hvorefter generatoren kan "oplades" på ny ved tilførsel af mere trykvand gennem trykvandstilførselsåbningen, og derefter kan forløbet gentages.

25 Som det vil fremgå af det foregående afsnit, kan både energitilførslen til og styringen af generatoren udføres ved hjælp af trykvæske - fortrinsvis vand fra de omgivende vandmasser, der sættes under et passende tryk ved hjælp af en pumpe - og der kræves således ingen luftkompressor med 30 de heraf følgende ulemper. Da den hastighed, hvormed tryk ændringer forplanter sig gennem væsker, er væsentligt højere end for luftarter, er det desuden muligt at anbringe styreventilen i nogen afstand fra selve generatoren, uden at de heraf frembragte impulser forsinkes væsentligt.

35 3

DK 153254B

O

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1-4 viser fire snit gennem en undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge opfindelsen til frembrin-5 gelse af seismiske signaler, idet hver af figurerne viser en forskellig stilling af apparatets dele under en ar-bejdscyklus, og fig. 5 et snit gennem den i fig. 1-4 viste generator langs linien 5-5 i fig. 1.

10 Undervands-implosionsimpulsgeneratoren 10 har et cylindrisk hus 12 med en boring i form af en lukket cylinder 14. Cylinderen har afsnit med indbyrdes forskellig diameter, så at der er dannet skuldre 16 og 18. En cylindrisk not 20 er udformet i cylinderen 14's indervæg 15 under skulderen 18. Skulderen 18 er dels en konisk del og dels danner den en læbe.

Et stempel 22 er anbragt forskydeligt i cylinderen 14 og deler denne i et første kammer 24 og et andet kammer 26 henholdsvis foran og bagved stemplet. Stemplets yder-20 væg har ved sin forreste ende 30 en indefter konisk forløbende del 28. En O-ring 32 tætter mellem kammeret 24 og kammeret 26. Stemplets bageste ende har en stor blindåbning 34 med det formål at formindske stemplets vægt.

Skulderen 16 tjener som stop for stemplets tilbagegående 25 bevægelse. En cylindrisk tap 36, der rager op fra husets bund, tjener som stop for stemplets fremgående bevægelse.

Et ventilorgan 38 i form af en cylindrisk bøsning er forskydeligt anbragt i kammeret 24 og passer i noten 20. En åbning 40 i ventilorganet 38 har samme diameter 30 som stemplet. Organet 38's bageste del 42 har større diameter end den forreste del 44 og danner en skulder 46.

Delen 42 kan med glidepasning glide i noten 20, og en O-ring 48 danner tætningen. Den forreste del 44 glider med glidepasning i cylinderen 14, og en anden O-ring 50 35 danner tætningen. Et styrekammer 52 dannes i noten 20 mellem husets væg 12 og skulderen 46 og ydervæggen af ventilorganet 38's nederste del 44.

4

DK 153254B

O

Elektrohydrauliske styreorganer for drivkilden til ventilorganet 38 udgøres af en elektrohydraulisk ventil 54. Denne kan have et ventillegeme, som bevæges af en elektromagnet 56, der styres af elektriske kom-5 mandosignaler. Ventilen 54 åbner for højtryksvæske med tryk Pg og PR til styrekammeret 52. Væsken er fortrinsvis vand og kan tilføres gennem en pumpe. Trykket Pg er større end trykket af det omgivende vand på arbejdsdybden.

Et passende tryk er 140 kg/cm . Højtrykssiden sørger for 10 væske med et tilførselstryk Pg, medens lavtrykssidens tryk eller returtrykket er lig med PR. Returtrykket kan også stamme fra et reservoir, der er forbundet med pumpens returside.

Højtryksvand, fortrinsvis med tryk Pg tilført 15 af nævnte pumpe, tilføres kammeret 24 kontinuerligt. En ledning, der strækker sig gennem huset 12's bund og gennem stoppet 36, fører højtryksvæsken hen til kammeret 24.

Stoppet 36's øverste del har et indhak 58 for at hindre aflukning af tilførselen af højtryksvand til kammeret 24, 20 når stemplets forreste del 30 bevæger sig hen mod stoppet 36.

Trykgas, fortrinsvis trykluft, tilføres kammeret 26. Efter at være fyldt med luft under tryk af den ønskede størrelse lukkes kammeret 26 fortrinsvis med en stophane.

25 Som det vil fremgå af det følgende, benyttes trykluften kun som energireservoir. Til dybtvandsarbejde kan kammeret 26 lukkes ved vandoverfladen. Denne giver tilstrækkeligt tryk i kammeret 26 til energiopbevaring og til frembringelse af tilstrækkeligt tryk på stemplet, når kanonen 30 affyres. Energien til at spænde stemplet, dvs. at anbringe det mod stoppet 16, fig. 1, tilføres ad hydraulisk vej ved vandtrykket Pg. Vandstrålerne med høj hastighed dannes i åbningerne 60. Disse er anbragt i en vinkel på 90° med stemplet 22's bevægelsesretning, dvs. vinkelret 35 på cylinderen 14's akse. Der findes ingen åbninger eller mundstykker til dannelse af stråler inde i cylinderen.

O

DK 153254B

O

Strålen dannes vinkelret på stemplets bevægelse, og en afbøjning af strålen på 90° er ikke nødvendig. Stråleåbningerne 60 er anbragt to og to, og tegningen viser to par. Åbningerne ligger diametralt modsat hinanden, og 5 åbningsparrene ligger med deres akser i samme plan vinkelret på stemplets akse. Stråledyseåbningerne 60 kan have cirkulært tværsnit og dække en kvart til en tiendedel af stemplet 22's forreste del 30. Den største del af den kinetiske energi frembragt af implosionsimpulsge-10 neratoren 10 stammer fra vandstrålerne, idet kun en ringe energimængde anvendes til stemplet 22's bevægelse. Ved generatoren 10's udformning tilvejebringes der stråler af en tilstrækkelig længde, fordi det fremgående stempelslag til det sted, hvor strålerne opbremses, kan gøres 15 langt. Således kan f.eks. stemplets vej fra sin tilbagetrukne stilling i fig. 1 til strålernes åbninger 60 have en længde på flere gange stemplets diameter.

Fig. 1 viser generatoren klar til affyring. Styreventilen 54 er ikke aktiveret, idet elektromagneten 56 20 ikke har modtaget noget kommandosignal og ikke er rykket ind. Derfor holder fjederen 62 ventilen i en sådan stilling, at vand under trykket Pg tilføres til styrekammeret 52. Ventilorganet 38 er i sin tilbagetrukne stilling, foroven på tegningen, og ligger an mod huset 12's lukke-25 læbe 18. Det ses, at arealet af ventilorganet 38's øverste del er ca. dobbelt så stort som arealet af den nederste del i kammeret 24 og ca. dobbelt så stort som skulderen 46’s areal. Der er også et lineært trykfald over tætningslæben 18, når ventilen lukkes. Derfor er den 30 kraft, der opstår på grund af trykket på ventilorganets nederste del og på skulderen 46, som vil lukke ventilen, næsten dobbelt så stor som den kraft, der virker på ventilorganet 38's øverste del, og som vil åbne ventilen.

Ventilen lukker stråledyseåbningerne 60, og de forbliver 35 lukkede, indtil ventilorganet 38 på kommando påvirkes til fremgående bevægelse. Inden denne påvirkning har

6 DK 153254B

O

højtryksvand tvunget stemplet 22 tilbage mod stoppet 16, og gassen i kammeret 26 bagved stemplet er komprimeret.

Når elektromagneten 56 modtager et kommandosig-5 nal, skifter ventilen 54 brat til den i fig. 2 viste stilling. Trykket i reguleringskammeret 52 falder så til PR. Selv ved et lineært trykfald over tætningslæben 18 udøves der store resulterende kræfter i den fremgående retning på ventilorganet 38, og dette bevæger sig 10 pludseligt i fremgående retning, dvs. nedefter til den i fig. 2 viste stilling. Stråleåbningerne 60 åbnes.

Stemplet accelererer i sin fremgående retning og udøver i det store og hele det samme tryk som den komprimerede gas i kammeret 26 på vandet i kammeret 24. Vandet drives 15 gennem stråleåbningerne og danner vandstrålesøjler med høj hastighed i det vand, der omgiver huset 12.

Når stemplets forreste ende 30 passerer stråleåbningerne 60 og træder ind i åbningen 40 i ventilorganet 38, fig. 3, lukkes åbningerne 60 på grund af deres 20 flugtning med stemplet 22. Vandstrålerne afbrydes pludseligt, og frie strålesøjler slynges ud i det huset omgivende vand. Der dannes herved et antal damphulrum uden for huset 12's ydervæg. Den samtidige kollaps af disse hulrum danner den tryktransient, som udgør det seismiske 25 signal i .

Afskråningen 28 på stemplets forreste del tjener til at regulere stemplets deceleration, når det træder ind i ventillegemet 38's åbning 40. Decelerationen reguleres således, at høje tryk i huset 12 undgås. Da 30 stemplet 22 ved sin indtræden i åbningen 40 vil lukke området mellem husets ydervægge - hvilket indbefatter lukning af stråledyseåbningerne 60 - formindskes trykket på ventilorganet 38's øverste ende til under Pg, så at ventilen atter kan lukke åbningerne 60. Også de områder, 35 som begrænses af åbningerne, stemplet og ventilorganet 38's øverste del og de dele af huset 12, som ligger modsat

O

7 DK 153254B

den nævnte øverste del, underkastes det omgivende vands tryk, som er mindre end Pg. Når trykket Pg påføres skulderen 46, bevæges ventilorganet 38 let opefter til udførelse af lukningen.

5 Som vist i fig. 4, kan ventilen 54 vende tilbage til sin udgangsstilling, dvs. at elektromagneten 56 er strømløs. Trykket i styrekammeret 52 stiger atter til Pg, og såvel ventilorganet 38 som stemplet 22 går tilbage. Ventilorganet standser, når dets øverste ende 10 støder mod tætningslæben 18. Stemplet går tilbage, indtil det når skulderen 16. Nu er undervands-implosions-impulsgeneratoren parat til affyring for at tilvejebringe det næste signal, når den næste kommando tilføres styreventilen 54's elektromagnet 56.

15 20 25 30 35

Claims (14)

1. Undervands-implosionsimpulsgenerator (10) af den art, der omfatter 5 a) et hus (12) med en heri udformet cylinder (14), b) et i cylinderen (14) frit glidende lejret stempel (22), som på fluidumtæt måde (32) deler cylinderen i et første kammer (24) og et andet kammer (26), c) en eller flere stråledyseåbninger (60), der forbinder 10 det første kammer (24) med generatorens (10) omgivel ser og er indrettet til at lede en eller flere vandstråler ud i disse omgivelser, idet d) indretningen er en sådan, at stemplet (22) under frem-drivning gennem cylinderen (14) under påvirkning af 15 trykluftart i det andet kammer (26) presser det første kammers (24) vandindhold ud gennem stråledyseåbningerne (60) og ved afslutningen af sin bevægelse spærrer forbindelsen mellem det første kammer (24) og generatorens (10) omgivelser 20 kendetegnet ved, e) en sådan indretning, at der i det andet kammer (26) til stadighed opretholdes et til den nævnte påvirkning af stemplet (22) tilstrækkeligt luftartstryk, f) en trykvandsindførselsåbning (58), der til stadighed 25 forbinder det første kammer (24) med en kilde, hvorfra der kan tilføres vand under tryk (Pg), samt g) et ventilorgan (38), som gi) er frit glidende lejret i et i fortsættelse af det første kammer (24) beliggende hulrum i huset (12), 30 g2) er udformet med en med cylinderen (14) koaksial bo ring (40) med i hovedsagen samme diameter som stemplets (22) udvendige diameter, og g3) er bevægeligt mellem to stillinger, hvoraf det i den første stilling (fig. 1) under påvirkning af tryk-35 væske tilført gennem en styreventil (54) lukker stråle dyseåbningerne (60), og i den anden stilling (fig. 2 og 3) under påvirkning af trykket fra vandet i det O

9 DK 153254 B første kammer (24) frilægger stråledyseåbningerne (60).

2. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stråledyseåb-ningens (60) akse danner en vinkel på omtrent 90° med 5 stemplets bevægelsesretning.

3. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der i det mindste findes to stråledyseåbninger (60), som er anbragt diametralt modsat hinanden.

4. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 3, kendetegnet ved, at stråledyseåbningerne (60) er udformet som cirkulære åbninger i husets (12) væg.

5. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge 15 krav 1, kendetegnet ved, at ventilorganet (38) er bevægeligt i modsatte retninger over en afstand, der er betydeligt mindre end stemplets (22) vej.

6. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de ventilorganet 20 (38) påvirkende organer indbefatter trykvæske-påvirkede organer til frembringelse af hydrauliske kræfter til bevægelse af ventilorganet (38) i modsatte retninger, samt.elektrohydrauliske organer (54) til regulering af trykvæsken i afhængighed af styresignaler.

7. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 6, kendetegnet ved, at de trykvæske-påvirkede organer indbefatter et styrekammer (52), som begrænses af ventilorganet (38) og cylinderens (14) væg, på hvilken ventilorganet (38) er glidende anbragt, at 30 ventilorganet (38) i styrekammeret (52) udgør et første fladeareal i et plan vinkelret på ventilo'rganets (38) bevægelsesretning, på hvilket ventilorgan (38) der udvikles trykvæskekræfter til bevægelse af ventilorganet (38), samt at de elektrohydrauliske organer indbefatter en ven-35 til (54) til selektivt at tilføre hydraulisk trykvæske med et højere eller ringere tryk til styrekammeret (52). DK 153254B o

8. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det højere tryk (Pg) er det samme som trykket af det vand, der tilføres det første kammer (24), samt at ventilorganet (38) ved sine g modsatte ender i det første kammer har fladearealer i planer vinkelret på ventilorganets (38) bevægelsesretning, og af hvilke den mod det andet kammer (26) vendende flade (32) er større end den anden.

9. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge 10 krav 8, kendetegnet ved, at den tykkeste ende (42) af ventilorganet (38) er anbragt ved siden af stråledyseåbningen (60) og overlapper stemplet (22), når dette lukker for stråledyseåbningen (60) til begrænsning af et område i huset, som begrænses af stråledyseåbnin-15 gen (60), stemplet (22), den tykkeste ende (42) af ventilorganet (38) og den del af huset (12), som ligger modsat den tykkeste ende (42) af ventilorganet (38), i hvilket område der hersker samme tryk som vandets tryk omkring huset (12). 2Q 10. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ventilorganet (38) er i form af en bøsning, hvis ydervæg kan glide i huset (12), og hvis indervæg begrænser en åbning (40), som modtager stemplet (22) med dets ydervæg i tætnende for-25 bindelse med bøsningens indervæg til lukning af stråledyseåbningen (60) og standsning af vandstrålen, når stemplet (22) vandrer i den af luftarttrykket i det andet kammer (26) fremkaldte bevægelsesretning.

11. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge 30 krav 10, kendetegnet ved, at cylinderens (14) tværsnitsareal og den langs cylinderens omkreds forløbende åbning, som er begrænset af bøsningens mod det andet kammer (26) vendende ende og husets (12) tætningslæbe (18), når ventilorganet (38) befinder sig i sin anden stilling, 35 er meget større end stråledyseåbningens (60) tværsnitsareal, så at vandstrålen dannes i stråledyseåbningen (60). u DK 153254 B O

12. Undervands—implosionsimpulsgenerator ifølge krav II, kendetegnet ved organer (16,36) i huset (12) til begrænsning af stemplets (22) bevægelse i retning bort fra ventilorganet (38) og i modsat retning hen mod og 5 ind i ventilorganet (38), idet stråledyseåbningen (60) er udformet mellem begrænsningsorganerne (16,36) på en sådan måde, at den afstand, som stemplet (22) tilbagelægger til den stilling, hvor stemplet (22) lukker stråledyseåbningen, er i det mindste lige så stor som 10 stemplets (22) diameter.

13. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 10, kendetegnet ved, at husets (12) inder-væg er udformet med en not . (20), at bøsningens mod det andet kammer (26) vendende ende har større yderdiameter 15 end dens modsatte ende, at bøsningens førstnævnte ende er anbragt i noten (20) og deri begrænser et styrekammer (52), at stråledyseåbningen (60) strækker sig ind i noten over styrekammeret, at den øverste ende af noten (20) begrænser en tætningslæbe, som lukker stråledyseåbningen 20 (60), når bøsningen bevæger sig i retning mod det andet kammer (26), samt at de organer, som påvirker ventilorganet, indbefatter organer for tilførsel af trykvæske med tilførselstryk (P^) og returtryk (P^) til styrekammeret (52), så at de resulterende kræfter på bøsningen påvirker 25 denne i den ene eller anden retning.

14. Undervands-implosionsimpulsgenerator ifølge krav 13, kendetegnet ved, at arealet af bøsningens mod det åndet kammer (26) vendende ende i et plan vinkelret på ventilorganets (38) bevægelsesretning er om- 30 trent to gange større end arealet af den modsatte ende som afgrænser styrekammeret (52), og at det til det første kammer (24) tilførte tryk og det største tilførselstryk (Pg) er omtrent lige .store. 35 *