DK154365B - Fluidumstyret seismisk generator - Google Patents

Description

DK 154365 B

Opfindelsen vedrører en seismisk generator til pludselig frigivelse af energi og angår specielt en seismisk lydkilde, såsom en luftkanon, som anvendes til frigivelse af trykgas, såsom luft, i en vandmasse til frembringelse af en akustisk impuls, som kan detek-teres efter at være reflekteret fra de undervandsformationer, som ønskes undersøgt.

Konventionelle luftkanoner indeholder trykgas, sædvanligvis luft,

fi fi O

som er komprimeret til mellem 3,448 x 10 til 55,16 x 10 Newton/m . En ventil mekanisme er mekanisk, pneumatisk eller hydraulisk aktiveret til momentan frigivelse af komprimeret luft i løbet af en tidsperiode på nogle få millisekunder for frembringelse af den akustiske impuls.

2 DK 154365 B

Sædvanligvis omfatter en konventionel luftkanon mindst to kamre, nemlig et styringskammer og et affyringskammer. De to kamre står sædvanligvis i indbyrdes fluidumkommunikation via styrekanaler, således at trykluften kan fordeles mellem de to kamre. Trykkammeret er forsynet med udblæsningsåbninger, som, når kanonen er sikret, er lukket ved hjælp af en ventil, såsom en glidende bøsning, et stempel eller lignende. Uanset typen har ventillegemernes to modstående flader forskellige arealer, og fladen med det største areal vender imod styrekammeret. Derved vil trykforskellen holde ventilen lukket til tætning mod udblæsningsåbningerne. For at affyre kanonen ophæves trykforskellen på ventilen ved enten at sænke trykket i styrekammeret eller ved at hæve trykket en smule i affyringskammeret. Trykket i affyringskammeret tvinger herefter ventilen til at åbne pludseligt, således at luften i affyringskammeret strømmer ud på eksplosiv måde gennem udblæsningsåbningerne. For at åbne for udblæsningsåbningerne bevæges ventillegemet kun i den ene retning. For at lukke ventilen skal den bevæges i modsat retning tilbage til udgangsstillingen.

Nærmere betegnet bevæges en bøsningsventils ventillegeme ved hjælp af et aktiveringsorgan eller en drivmekanisme imod et ventilsæde til afbrydelse af trykgassens udstrømning gennem udblæsningsåbningerne. Aktiveringsorganet er indrettet til at bevæge ventillegemet bort fra ventilsædet i en retning parallelt med udblæsningsåbningens plan. Ved ventiler af stempeltypen bevæges ventillegemet vinkelret på udblæsningsåbningens plan. Ved alle de kendte typer driver aktiveringsmekanismen således ventillegemet i én retning for at åbne for udstrømningsåbningerne. Når udstrømningsåbningerne skal lukkes driver aktiveringsorganet ventillegemet tilbage mod ventilsædet. Ventilaktiveringsorganerne skal kunne yde store kræfter og er sædvanligvis meget komplicerede for at kunne fungere pålideligt.

Fra beskrivelsen til U.S.A. patent nr. 3.638.752 kendes en luftkanon med en cylindrisk, glidende bøsningsventil, som ligger an mod et ventilsæde for lukning af udstrømningsåbningerne. Fra beskrivelsen til U.S.A. patent nr. 3.039.292 kendes en ventil af kolbetypen, og fra beskrivelserne til U.S.A. patenterne nr.

3.276.534 og 3.310.128 kendes ventiler af stempeltypen.

DK 154365B

De to største ulemper ved den kendte teknik består i, at ventilernes arbejdshastighed er lille, og at de er komplicerede for at kunne virke pålideligt under de store tryk.

Kendte luftkanoner har været mangelfulde, fordi ventilåbningstiden, dvs. den tid der hengår, fra ventilen åbnes, til den atter lukkes, er unødvendig lang på grund af ventilens langsomme arbejdshastighed. Det er kendt, at kun den første del af den udstrømmende luft, dvs. den luft, som strømmer ud, lige når ventilen åbnes, har betydning for den akustiske impulses kvalitet. Yderligere frigivelse af luft bidrager ikke til den akustiske impulses styrke og er derfor spildt.

Formålet med opfindelsen er at angive en luftkanon med en hurtigere ventilreaktion, end det hidtil har kunnet opnås, således at der kun medgår en lille mængde komprimeret luft til hver affyring, hvilket medfører, at der kan benyttes mindre luftkompressorer end hidtil. Et andet formål med opfindelsen er at gøre luftkanonen sikrere og eliminere styrekanaler og magnetventiler.

Dette formål opnås ved, at generatoren er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del. Ventildelen bevæges via en aktiveringsdel ved hjslp af aktiveringsorganer i en kontinuert bevægelse uden reversering af bevægelsesretningen fra én tætnende stilling via en affyringsstilling til en anden tætnende stilling.

Derefter kan kanonen affyres igen ved, at ventildelens bevægelsesretning vendes, og bevæges tilbage til den første tætnende stilling. Kanonen kan således affyres gentagne gange ved at ventildelen bevæges frem og tilbage mellem de to stillinger.

Ved en foretrukken udførelsesform for opfindelsen har ventildelen en eftergiveligt lejret plade med lille friktion og med et hul, hvilken plade bevæges af aktiveringsorganet parallelt med udblæsningsåbningens plan.

Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivel-

4 DK 154365B

se af nogle udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, hvor: fig. 1 skematisk viser, hvorledes en seismisk luftkanon anvendes, fig. 2 et tværsnit gennem en første udførelsesform for generatoren ifølge opfindelsen, fi,g. 3 et snit langs linien 3-3 fra fig, 2, fig„ 4 et delvist snit gennem aktiveringsorganet i lukket stilling, fig, 5 et snit langs linien 5-5 på fig. 2, fig. 6 viser et rørdiagram til hrug ved anvendelse af generatoren ifølge opfindelsen, fig. 7 et snit gennem en anden udførelsesfonn for generatoren i-følge opfindelsen, vist i åben tilstand, medens fig. 8 viser det samme som fig. 7 men i lukket tilstand.

På fig. 1 er vist en udførelsesform for generatoren ifølge opfindelsen, i det følgende betegnet som en luftkanon 10, som trækkes af en båd 12 gennem en vandmasse 14 til frembringelse af akustiske impulser 16 i vandet. Når de akustiske impulser vandrer bort fra kanonen 10, rammer de underjordiske formationer 18, hvorfra impulserne reflekteres som en seismisk bølge eller et seismisk signal 20. De reflekterede seismiske bølger 20 detekteres ved hjælp af hydrofoner (ikke vist), som er anbragt langs et trækkabel 22. Trækkablet 22 trækkes ligeledes af båden 12 i en ønsket dybde, som styres ved hjælp af dybderegulatorer 24. De detekterede seismiske bølger konverteres til elektriske signaler og sendes på velkendt måde til et registreringsanlæg 26 på båden 12.

Luftkanonen 10 hænger ned fra båden 12 ved hjælp af en holder 28 ved hjælp af vinkelstykker 30,32 ved kanonen 10's modsatte ende.

Ved en foretrukken udførelsesform består kanonen 10 (fig.2) af et cylindrisk ydre hus 34, som er fastholdt mellem to endeplader

5 DK 154365 B

36,38, der er indbyrdes forbundne ved hjælp af bolte 40,42 og møtrikker 44,46,48,50. Faktisk benyttes fire sæt af bolte og møtrikker, hvoraf kun de to sæt kan ses på fig. 2. Huset 34 passer hen over skuldre 49,51, som er udformet i inderfladerne af de respektive plader. Ved hjælp af O-ringe 52,54 omkring skuldrene 49»51 opnås en lufttæt forsegling mellem huset 34 og endeplademe 36,38. Det ydre hus 34 og endepladerne 36,38 definerer et aflukket kammer.

Huset 34 har fire slidsformede udblæsningsåbninger 56,58,61,62, som er anbragt radialt omkring husets periferi. Selv om der på figuren er vist slidser, kan åbningerne have andre former. Tilsvarende kan der benyttes andre organer end de nævnte bolte og møtrikker til sammenspænding af huset.

På endeplademe 36,38's indersider er fastgjort hule, cylindrisk ke fremspring 57,59. Fremspringene kan være påsvejset og efter- . bearbejdet til de ønskede mål. Fremspringenes udvendige diameter... er en smule mindre end den indvendige diameter for huset 34 for at give plads for og styre et glidende lukkeaggragat 60, som det vil blive forklaret nedenfor. Endeplademe 36,38 har endvidere lapper 30 og 32 til samvirkning med holderen 28. Huset 34 og endepladerne 36,38 er fremstillet af metal med stor trækstyrke, såsom stål, således at det ikke brister, når kanonen sættes under tryk.

Et rørformet lukke- eller aktiveringsaggregat' 60 passer inden i huset 34 omkring fremspringene 57 og 59 og kan glide frem og tilbage mellem ehdestop 63 og 64, som udgør en del af skuldrene 49, 51 på endeplademe 36,38. Rummene mellem huset og fremspringene og mellem enderne 66,68 af lukkeaggregatet 60 og endestoppene 63, 64 danner ringformede, sekundære kamre 70,72 i det kammer, som er defineret af det ydre hus 34 og endeplademe 36,38. 0-ringe 74,76, 78,80, som er anbragt for hver af lukkeaggregatet 60*s ender, forsegler de sekundære kamre 70,72 fra fluidumforbindelse med et indre kammer 82, som er defineret af det indre af fremspringene 57, 59 samt det rørformede aktiveringsaggregat 60. Aktiveringsaggregatet 60 er forhindret i drejende bevægelse ved hjælp af en stift 84, skruet gennem huset 34 ind i en notgang 86, som er udformet langs en del af aktiveringsaggregatets ydre overflade (fig. 2 og 5). Aktiveringsorganet er fortrinsvis fremstillet af aluminium, således at det har mindst mulig inerti ved dets frem- og tilbage-

6 DK 154365 B

gående bevægelse.

Aktiveringsorganet 60 har fire huller 88,90,92,94, som er radialt beliggende midtvejs mellem de to ender 66 og 68 (se fig. 2 og 3)·

Som vist er hullerne rektangulære, men. de kan også have en anden form. Fire forseglingsplader 96,98,100,102 med slidsformede huller eller ventilåbninger 104,106,108,110 er anbragt til glidende bevægelse i tilsvarende huller 88,90,92,94 i aktiveringsorganet 60. Forseglingspladerae udgør aktiveringsorganet 60*s ventillegemer. Forseglingspladerae er fortrinsvis fremstillet af et hårdt, holdbart formstof med lav friktion såsom Nilatron. Forseglingspladerne er formgivet, således at der opnås en glidende pasning i de tilsvarende huller. De ydre overflader er krummet således, at de passer til krumningen for huset 34’s indvendige overflade 35· Forseglingspladerae holdes på plads og støtter mod huset 34*s indvendige væg 35 ved hjælp af fjederringe 112,114. Der kan også anvendes andre organer end de viste fjederringe til fastholdelse af forseglingspladerae. Som det vil kunne forstås af det nedenstående vil det indvendige tryk holde forseglingspladerae til anlæg mod husets væg. Aktiveringsorganet 60*s vægtykkelse er bestemt således, at der findes en lille frigang mellem fremspringene 57,59 og huset 34*s indvendige væg 35, således at aktiveringsorganet kan glide frit. Ventilåbningerae 104,106,108,110 kan have samme størrelse som de slidsformede udblæsningsåbninger 56,58,61,62 i huset 34, eller de kan være større eller mindre, afhængig af de ønskede krav. Andre former såsom cirkulære huller kan også forekomme.

Endepladen 36 har en indgangsåbning 116 for aktiveringsfluidum og har en indgangsåbning 118 til affyringsluft. Endepladen 38 har kun en indgangsåbning 120 for aktiveringsfluidum. Som det senere vil blive forklaret i forbindelse med rørdiagrammet på fig. 6 føres der komprimeret luft og hydraulisk fluidum til indgangsåbningerae ved hjælp af slanger (er ikke vist på fig. 2).

Idet det antages, at aktiveringsfluidet er komprimeret luft, virker kanonen på følgende måde. Når kanonen er bragt i den ønskede stilling, tilføres der komprimeret luft gennem indgangsåbningen 120. Den komprimerede luft strømmer ind i det ringformede, sekundære kammer 72 og driver aktiveringsorganet 60 mod højre, så

7 DK 154365 B

ledes at dettes endeflaie 66 vender mod endestoppet ,63. På fig. 4 vil det kunne ses, at forseglings skiven eller vent-DMelen 96 i en første tætnende stilling blokerer for udblæsningsåbningen 56 i huset 34. Det vil forstås, at de andre tre udgangsåbninger naturligvis også er blokeret af de tilsvarende forseglingsskiver.

Når udblæsningsåbningeme er lukkede tilføres der via indgangsåbningen 118 affyringsluft til det centrale kammer 82 rindenfor aktiveringsorganet 60. Affyringsluftens tryk ligger indenfor områ-det 140-420 Kp/cm . På-grund af luftens tryk presses de fire forseglingsplader mod huset 34's indvendige væg 35, således at udblæsningsåbningerne 56,58,61,62 lukkes tæt. Kanonen er nu armeret.

For at affyre kanonen aflastes trykket i det ringformede, sekundære kammer 72 momentant samtidigt med, at der tilføres komprimeret luft via indgangsåbningen 116 til det sekundære kammer 70, således at aktiveringsorganet hurtigt accelererer mod rønstre til anlæg mod endestoppet 64 til en anden tætnende stilling for forseglingspladerne. Når åbningerne 104,105,108,110 passerer forbi udblæsningsåbningerne 56,58.^61,62, vil den komprimerede luft i kammeret 82 undslippe eksplosivt til frembringelse af (den ønskede akustiske impuls. Ved en lineær bevægelse bevæges akrtiveringsor-ganet således fra en tætnende til en åben, til en anden tætnende stilling i hurtig rækkefølge. Udblæsningsåbningeme (er åbne en tid på nogle få millisekunder. Kanonen af fyres endnu en gang ved at reversere den ovenfor forklarede proces, idet dat ringformede, sekundære kammer 70 udluftes samtidigt med, at der atter føres trykluft til det ringformede, sekundære kammer 72, således at aktiveringsorganet bevæges tilbage mod højre. Kanonen affyres gentagne gan-- ge, når aktiveringsorganet skiftevis bevæges frem qg tilbage til frembringelse af en akustisk impuls, hver gang hullerne i forseglingspladerne passerer i flugt med de tilsvarende udblæsningsåbninger.

Længderne for fremspringene 57 og 59 er ikke kritiske. Fremspringene tjener snarere som føreorganer for aktiveringsorganet 60 og til afgrænsning af de ringformede, sekundære kamre 70 og 72, når aktiveringsorganet 60 og ventildelene eller forsegUngsplademe 96,98,100,102 er i den ene eller den anden tætnende ^stilling. Fremspringene kunne faktisk strække sig til dannelse af en sammen-

8 DK 154365 B

hængende, rørformet del (ikke vist), som har et eller flere lufthuller i flugt med udblæsningsåbningeme 56-62 i det ydre hus 34, således at den komprimerede luft kan undslippe fra det indvendige kammer 82 gennem udblæsningsåbningeme, når aktiveringsorganet 60 bevæges frem og tilbage. Kanonen kan således bestå af et ydre, rørformet hus 34, som for enderne er lukket ved hjælp af endeplader 36,38, og bestå af en første indre rørformet del 60, som er koncentrisk med og bevægelig i forhold til huset og i forhold til en anden rørformet del, der kan være opdelt i to segmenter 57 og 59, som er tæt i forhold til den rørformede del 60's indre overflade.

Formen for den akustiske impuls, den afgivne energi, samt den med-gåede luftmængde kan kontrolleres ved udformningen og størrelsen af udblæsningsåbningeme og aktiveringsorganets vandringshastighed. Aktiveringsorganets hastighed er styret af den hastighed, hvormed luft kan undslippe fra det ene af kamrene 70 eller 72 og strømningshastigheden for komprimeret luft til det andet af de nævnte kamre. Trykket for aktiveringsluften (eller hydraulisk fluidum) er ikke kritisk men skal være stort nok til at overvinde friktionen for forseglingspladerne eller ventildelene 96,98,100, 102 og for 0-ringene, som presser mod huset 34*s indvendige væg Λ 35. Et tryk på mellem 105 og 140 Kp/m er fundet tilstrækkeligt.

På fig. 6 er vist et foretrukket rørdiagram for kanonen 10. En luftkompressor 122 (fig. 1 og 6) frembringer komprimeret luft ved det ønskede affyringstryk. Luften afgives til forbindelsen 124, hvor en del af luften afgives via et rør 118 til kanonen 10*s kammer 82 (fig. 2). En anden del af luften strømmer gennem en trykreduktionsventil 126 til en trevejsventil 128 med to stillinger.

I den ene stilling føres der luft bort fra kanonen 10fs ene ende via røret 116 og bort gennem et rør 132 samtidigt med, at der tilføres luft til kanonen 10*s anden ende gennem et rør 120. I trevej sventilen 128's anden stilling foregår den modsatte luftbevægelse. Ventilen 128 er vist som en manuel ventil, som i praksis kan være automatisk styret. Hvis der anvendes hydraulisk drivflu-idum, kan det på fig. 6 viste rørsystem tilpasses på velkendt måde.

Opfindelsen har været forklaret ved hjælp af en udførelsesform,

9 DK 154365B

hvor der anvendes svømmende forseglingsplader eller 'ventildele til blokering for udblæsningsåbningeme. Forseglingspladerne kunne erstattes af to O-ringe, én på hver sin side af åbningerne 106-110, således at O-ringene strækker sig omkring aktiveringsorganets periferi og ligger an mod huset 34*s indvendige væg 35. På fig. 7 og 8 er vist et snit gennem en sådan anden udførelsesform, hvor aktiveringsorganet er i åben stilling på fig. 7 og il lukket stilling på fig. 8. På fig. 7 er åbningerne 104 og 106 ((Ikun disse to ud af ialt fire kan ses) skåret ud i aktiveringsorganet 60*s væg.

O-ringe 140 og 142 strækfer sig omkring aktiveringsorganet på hver sin side af udblæsningsåbningen 56 i huset 34. 0-ringe 78,80,140, 142,74 og 76 ligger an mod. huset 34's indvendige væg 35 og blokerer for fluidumforbindelse mellem udblæsningsåbningen 56 og de ringformede, sekundære kamre JO og 72 samt aktiveringsorganet 60’s indvendige kammer 82, bortset fra, når hullerne 104,10$ flugter med udblæsningsåbningeme 56 og 58 som vist på fig. 7. Mår aktiverings-organet 60 drives imod endestoppet 63 (fig. 8) medfører 0-ringene 78 og 140, at udblæsningsåbningeme såsom åbningerne 56 og 58 blokeres. Når aktiveringsorganet drives imod det modsatte endestop (er ikke vist på fig. 7 eller 8), vil 0-ringene 74 mg 142 blokere for udblæsningsåbningeme 56 og 58.

Selv om udblæsningsåbningeme er vist som slidser, Ikunne de også udgøres af et enkelt, cirkulært hul med relativ stør diameter eller et sæt af radialt fordelte mindre huller. Udblæsningsåbningerne kunne være slidser, og åbningerne i forseglingspELaderne kunne være små huller fordelt i slidsernes længderetning eller omvendt.

På figurerne er der kun vist et enkelt sæt af fire ^radialt fordelte udblæsningsåbninger med dertil hørende åbninger i aktiveringsorganet. Der kan imidlertid være flere sæt, som eventuelt omfatter mere end fire udblæsningsåbninger hver, og på tilsvarende måde kan hullerne i aktiveringsorganet have dertil hørende huller fordelt med intervaller i kanonens længderetning.

Opfindelsen har været forklaret i forbindelse med, at der anvendtes komprimeret luft til aktivering af aktiveringsørganet. Det vil imidlertid kunne forstås, at aktiveringsorganet også kan aktiveres ved hjælp af hydraulisk trykfluidum.

Claims (7)

1. Seismisk lydgenerator (10) til frigivelse af trykgas i en vandmasse (14), hvilken generator (10) omfatter et kammer (82) for den nævnte gas med i det mindste én udblæsningsåbning (56), gennem hvilken gassen frigives, og omfatter en ventildel (96), som er anbragt til bevægelse inden i kammeret (82), således at den kan positioneres i en tætnende stilling i forhold til udblæsningsåbningen, kendetegnet ved, at ventildelen (96) har et gennemgående hul (104) og er positionerbar i et flertal af tætnende stillinger, og at der findes en aktiveringsdel (60) til bevægelse af ventildelen (96) i fremad- eller tilbagegående retning, således at ventildelen bevæges hurtigt i en kontinuert lineær bevægelse fra en første tætnende stilling til en anden derfra forskellig tætnende stilling via en åben stilling, i hvilken det nævnte hul (104) i ventildelen flugter momentant med udblæsningsåbningen (56) til frigivelse af en del af gassen.

2. Generator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at aktiveringsdelen (60) er påvirket af indbyrdes modsat virkende aktiveringsorganer (66, 70 og 68, 72) til bevægelse af ventildelen (96) mellem de nævnte tætnende stillinger.

3. Generator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ventildelen er fleksibelt monteret i aktiveringsdelen (60) og indeholder en fleksibel forseglingsplade (96, 98, 100, 102), som trykkes imod udblæsningsåbningen (56, 58, 61, 62) i en tætnende stilling ved hjælp af gastrykket i kammeret (82). DK 154365B

4. Generator ifølge krav 3, kendetegnett ved, at forseglingspladen (998, 100, 102) indeholderiet materiale med lille friktionskoefficient i berøring med kammeret.

5. Generator ifølge krav 1, 3 og 4, kendetegnet ved, at det nævnte hul (104, 106, 108, 110) ær udformet i den nævnte del med lille friktionskoeffiL— ciemt.

6. Generator ifølge krav 2, kendetegnett ved, at aktiveringsorganerne omfatter tætningsorgaaner (hhv. 74, 76 og 78, 80) fil definering af et første (70), sekundært kammer under den første tætnende stilling og til definering af et andet (72), sekundært Scammer i den anden tætnende stilling, og at der findes organer (128), som er indrettet til at tilføre trykfUiui-dum til det første, sekundære kammer i den første dæet-nende stilling og til det andet, sekundære kammer i den anden tætnende stilling, således at ventildelen drives mellem de to stillinger.

7. Generator ifølge krav 6, kendetegneit ved, at de nævnte aktiveringsorganer er aktiveret fhydraulisk.