NO140490B - Anordning med justerbar kapasitet for utsendelse av sjokkboelger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en anordning med justerbar

kapasitet for utsendelse av sjokkbolger, fortrinnsvis for akustiske undersøkelser til sjos.

Ansokerens tidligere norske patentansokning nr. 75.1923 ved-

rorer midler for utovelse av trykk rundt 800 bar på et storre område. Den okte energimengde involvert og forbedringen i overforingskoeffisienten begrenser det nodvendige antall av slike anordninger og gjor det til og med mulig å bruke kun en enkelt kanon.

Det oppstår derved et problem med justering av den energimengde

som frigjores ved en eksplosjon, slik at denne passer til hav-

bunnens beskaffenhet og tverrsnittet av den grunn som undersokes både med hensyn til fjelltype og tykkelse av de sedimentære lag.

For å unngå å måtte vende tilbake til den praksis å oke antall utsendelsesanordninger pr. avfyringspunkt, så det ut til å være mulig å lage en rekke sjokkbolgeutsendende anordninger med okende sylinderkapasitet. Dette viste seg imidlertid å være ubkonomisk og involvere vanskelige operasjoner til sjos.

Anordningen ifolge foreliggende oppfinnelse overkommer disse

ulemper ved å tilveiebringe en enkel metode for endring av volumet eller kapasiteten av en sjokkbolgeutsenderanordning.

Den nye anordning for utsendelse av sjokkbølger omfatter ifølge oppfinnelsen en ventil, et løp med et sete for denne ventil, idet løpet og ventilen er anordnet koaksialt og danner seg imellom et ringformet forbrenningskammer som kan settes i forbindelse med det omgivende medium ved aksial bevegelse av ventilen, hvilket kammer omfatter midler for tilførsel av brennstoff og et oksydasjons middel," og treningsmidler, idet ventilen omfatter et differensialstempel hvis ene side danner en bevegelig vegg i et trykkfluidumskammer og hvis andre side danner en bevegelig vegg i forbrenningskammeret, idet et fast veggparti i forbrenningskammeret er forsynt med tennplugger og midler for tilførsel av en brennbar blanding, hvor det karakteristiske er at nevnte faste veggparti av forbrenningskammeret er forsynt med minst to adskilte åpninger i periferien, i hvilke fjernbare plugger passer inn, hvilke plugger hver omfatter et hulrom som åpner tnr i forbrenningskamw-rot.

I en foretrukken utforelse omfatter hver plugg midler for til-forsel av brennstoff og oksydasjonsmiddel og et tenningssystem som vender inn mot hulrommet.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til det utforelseseksempel som er vist på teg-ningen.

Fig. 1 viser bolgeutsenderen med justerbart volumj

Fig. la viser en type ventiIsete;

Fig. lb viser en annen type ventilsete.

I utforelseseksemplet vist på fig. 1 omfatter sjokkbolgeanord-ningen et lop 1 konstruert i to deler la og lb for å gjore mas-kinering og montering enklere. Disse to deler er satt sammen ved hjelp av tapper og bolter. Det sylindriske lop 1 omfatter to sylindriske hulrom, et nedre hulrom 2 med radius r og et ovre hulrom 3 med radius R, idet forholdet mellom R og er mellom 1 og 4.

Innerflaten av det nedre hulrom 2 begrenser delvis et ringformet hulrom 5. Minst to sylindriske hulrom såsom 2a og 2b er plassert med innbyrdes.jevn avstand rundt omkretsen av det nedre hulrom 2, idet deres .senterlinjer står perpendikulært på hulrom-mets 2 senterlinje. Plugger 5a og 5b passer inn i hulrommene 2a og 2b og er festet til delen lb ved hjelp av bolter (såsom ved

5al) . Hver slik plugg har et sylindrisk hulrom (såsom ved 5a2)

.som åpner inn i det ringformede hulrom 5. Disse plugghulromrnene kan ha et volum som varierer fra 6 til 1 000 cm , slik at i en

anordning som har fire slike plugger, 5a til 5d, er det et ekstra kapasitetsområde på fra 24 til 4 000 cm 3 i tillegg til volumet av hulrommet 5.

Forskjellige kanaler åpner inn i hvert plugghulrom; et trykkluft innlop 6, et brennstoffinnlop 7 og en passasje 8 for et tenningssystem 9.

Det nedre hulrom 2 er åpent til atmosfæren gjennom en rund, aksial åpning 10 med et konisk parti 11 i lopet 1.

Det ovre hulrom 3 er åpent i hele sitt tverrsnitt i toppen, og på midten har det minst to åpninger, et innlop 12 for trykkluft som leveres via en treveis elektroventil 13, og et trykkluftut-lop 14 som forer til en ventil 15 som styres av den samme elektroventilen.

Hulrommet 3 er lukket i toppen av et sylindrisk lokk 16 anordnet koaksialt med og festet til lopet 1 og inneholdende en sylindrisk utsparing 17 koaksialt med og i forbindelse med hulrommet 3. Forholdet mellom radien r<1>av denne utsparingen og radien R av hulrommet 3 er mellom 2 og 5. Lokket 16 begrenser hulrommet 3 ved hjelp av en ringformet flate 18.

Et innlop 19 og utlop 20 for trykkluft som forer til en ventil

21 som også styres av elektroventilen 13 åpner i den ringformede flate 18. På figuren deler disse åpningene 19 og 20 samme passasje.

Toppen av utsparingen 17 inneholder en brennstoffinnlopspassasje 22 og et eller flere utlop (såsom 23) for dette brennstoff som videre passerer gjennom kanalen 7 som forer til plugghulrommet og tilfores en dyse 24.

En ventil passer glidende inn i lopet 1 inne i hulrommet 2 og er festet til et stempel 26 som glir inne i den nedre del av hulrommet 3. Denne ventil bærer minst en tetningsring 27 i sin ovre ende, og stemplet er også utstyrt med en tetningsring 28.

Den storre del 29 av den sylindriske ventilen 25 har sirkulært tverrsnitt, men ventilen fortsetter oppad i et sylindrisk parti 30a hvis radius r" er mindre enn radien r av den ovre del 29

og ender i et konisk parti 30b hvis toppvinkel tilsvarer vin-

kelen av den koniske passasje 11. Ytterflaten av den sylind-

riske del 30a danner det ringformede hulrom 5 sammen med innerflaten av det sylindriske hulrom 2.

Den koniske flate 31 av ventilen 25 hviler mot den koniske passasje 11 på en utragende ringformet flate som utgjor en del av , ..lopet 1 i den utforelse som er. vist på fig. 1 og la.

Fig. lb viser en annen utforelse hvor den utragende flate 31

utgjor en del av ventilen 25. Dette fremspring, hva enten det utgjor en del av setet eller ventilen, rager ut flere tiendels millimeter og er flere millimeter bredt.

I de utforelser som er vist på fig. la og lb har overflaten 30b

av ventilsetet 11 og overflaten av ventilen som vender mot dette ventilsetet utenfor forbrenningskammeret samme vinkel med deres felles senterlinje, og den avstand som adskiller dem er den samme som hoyden av fremspringet 31.

Den koniske flates 30b projeksjon langs aksen xx' er minst lik

25% av projeksjonen langs aksen XX' av den koniske flate 30.

Inne i det ovre hulrom 3 og den sylindriske utsparing 17 glir

et differensialstempel 32 med tetningsringer på den del som beveger seg i hulrommet 3 og på den del som beveger seg i utsparingen 17.

Den sentrale del av hulrommet 3 mellom stemplene 26 og 32 danner

et trykkammer 35 eller pneumatisk kammer når stemplene er ad-

skilt.

Den del av hulrommet 3 som befinner seg mellom stemplet 32 og

lokket 16 danner et ringformet kammer 36 som er fylt av samme komprimerbare fluidum som kammeret 35 når stemplet beveger seg bort fra lokket.

Den sjokkbolgeutsendende anordning vist på fig. 1 virker på

samme måte som anordningen beskrevet i norsk patentansokning nr. 75.1923, med andre ord slik det skal beskrives i det folgende.

Utstoting av forbrenningsgass fra anordningen kan skje på styrt måte eller automatisk. Under vanlige forhold ved seismiske undersokelser styres den fra registreringslaboratoriet. Ved automatisk funksjon må registreringslaboratoriet styres av anordningen.

I begge tilfeller slippes brennbar gass gjennom passasjen 6 inn i forbrenningskammeret 5 mens trykkluft samtidig slippes gjennom passasjen 19 inn i kammeret 36. Denne luft trykker stemplet 32 nedover og presser mot stemplet 26, som i sin tur presser ventilen 25 mot dens sete 11, slik at forbrenningskammeret 5 lukkes.

Spolen i treveis elektroventilen 13 energiseres slik at trykkluft samtidig tilfores de overvåkede ventiler 15 og 21 og kammeret 35 gjennom, passasjen 12. Ventilen 15 blokkerer passasjen 14, og ventilen 21 setter kammeret 36 i forbindelse med den ytre atmosfære. Luften som strommer inn i kammeret 35 utforer to funksjoner samtidig: Den holder ventilen 25 mot dens sete 11, og den skyver stemplet 32 tilbake.

På grunn av tverrsnittsforskjellen tommer stemplet brennstoffet i 17 under hoyt trykk inn i passasjen 7, slik at det passerer gjennom dysen 24 inn i kammeret 5 hvor det antennes ved kontakt med tenningssystemet 9. Den meget raske forbrenning omdanner blandingen av brennstoff og oksydasjonsmiddel til forbrennings-gasser med meget hoy temperatur og trykk.

Forste funksjonstype: styrt utstoting

Luften som slippes inn i kammeret 35 av elektroventilen 13 har det trykk som er riktig for å holde ventilen 25 lukket når for-brenningen er fullstendig.

For utstoting av forbrenningsgass deenergiseres elektroventilen 13, slik at ventilen 15 slipper luften ut av kammeret 35 og setter dette kammer i forbindelse med den ytre atmosfære. Ven tilen 25 holdes ikke lenger mot sitt sete, og den oppadrettede kraft av gassen mot flaten 30 hever ventilen 25 slik at den frigjor forbrenningsgass meget raskt. Samtidig blokkerer den styrte ventil 21 passasjen 20, og trykkluft som strommer inn gjennom passasjen 19 bringer anordningen gradvis tilbake til utgangsstilling for en ny syklus. Denne operasjon varer lenge nok til at all forbrenningsgass kan stromme ut.

Andre funksjonstype; automatisk utstoting

Luft sluppet inn i kammeret 35 av elektroventilen 13 har et slikt trykk at for et midlere forbrenningsgasstrykk lavere enn det nor-male ved fullfort forbrenning og hoyere enn det opprinnelige trykk av oksydasjonsmiddelgassen, holdes ventilen 25 ikke lenger mot setet .11, og den oppadrettede kraft mot flaten 30 hever ventilen 25. Gass strommer inn i rommet mellom ventilen 25 og setet 11, siilkxat flaten som utsettes for oppadrettet trykk oker og får ventilen 25; til å heves raskere.

Forbrenningsgass strommer ut med meget hoy hastighet.

Når elektroventilen 13 er deenergisert, strommer luften i kammeret 35 ut, og den endelige fase av operasjonen er den samme som ved styrt utstoting.

Forskjellen mellom de to funksjonstyper er at:

- Ved styrt utstoting holder trykkluften som tilfores kammeret

35 ventilen 25 lukket, og skyteordren gis ved deenergisering av elektroventilen 13; - Ved automatisk utstoting holder trykkluften som tilfores kammeret 35 ikke lenger ventilen 25 lukket etter at forbrennings-gassen i kammeret 5 når et visst trykk, og åpning skjer uten deenergisering av elektroventilen 13.

Brennstofforbruket ved injeksjon inn i et kammer ved 140 bar er

3 3

2 cm dieselolje pr. 16 cm kammerkåpasitet.

Ved styrt funksjon kommer utstøtingene med 6 til 10 sekunders mellomrom. Ved automatisk funksjon skjer utstøtingene omtrent

hvert femte sekund.

Dersom luft med et trykk på 140 bar benyttes som oksydasjonsmiddel, vil utstotingstrykket vanligvis nå 800 bar. Trykk på 1 200 og til og med 1 400 bar kan oppnås ved å benytte oksygen-anriket luft.

I utforelseseksemplet vist på fig. 1 utstotes forbrenningsgas-sene aksialt nedover i den omgivende væske.

Dette hjelper til å fokusere ekspansjonsenergien mot området be-liggende under anordningen og forsterke de hoyere frekvenser av det utstbtte lydbolgespektrum.

Denne anordning for sjokkbolgeutsendelse tillater justering av sjokkraften etter havbunnens egenskaper i det område som skal undersokes og tverrsnittet av grunnen som skal undersokes ved den seismiske metode.

Det er også funnet at arrangementet med plugger inneholdende ekstra forbrenningskammer plassert jevnt rundt den nedre del av lopet og ragende utover fra dette tillater bedre kjoling av me-tallet og således mer effektiv fjerning av den varme som pro-duseres av de suksessive eksplosjoner. Dette letter funksjoner ved hoy og meget hoy energi sammenlignet med hva som er blitt observert ved forskjellige utsendelsesanordninger som ikke omfatter kombinerte forbrenningskammer.

Claims (2)

1. Anordning for utsendelse av sjokkbølger, omfattende en ventil, et løp med et sete for denne ventil, idet løpet og ventilen er anordnet koaksialt og danner seg imellom et ringformet forbrenningskammer som kan settes i forbindelse med det omgivende medium ved aksial bevegelse av ventilen, hvilket kammer omfatter midler for tilførsel av brennstoff og et oksydasjonsmiddel, og tenningsmidler, idet ventilen omfatter et differensialstempel hvis ene side danner en bevegelig vegg i et trykkfluidumskammer og hvis andre side danner en bevegelig vegg i forbrenningskammeret, idet et fast veggparti i forbrenningskammeret er forsynt med tennplugger og midler for tilførsel av en brennbar blanding,karakterisert vedat nevnte faste veggparti av forbrenningskammeret er forsynt med minst to adskilte åpninger i periferien, i hvilke fjernbare plugger passer inn, hvilke plugger hver omfatter et hulrom som åpner inn i forbrenningskammeret.

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at hver plugg omfatter midler for tilførsel av nevnte brennstoff og oksydas jonsmiddel, samt tennrnidler som står i forbindelse med hulrommet.