NO148236B - Seismisk lydkilde. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår seismisk lydkilde for tilveiebringelse av en akustisk puls i vann, idet lydkilden har et sirkulært kammer med en utløpsåpning i dens sidevegg.

Det er kjent slike lydkilder for å kunne iaktta reflekterte eller avbøyde bølger som stammer fra lydkilden ved seismiske undersøkelser. Vanlige lydkilder av denne art har vanligvis et gasstrykk på 35~560 kg/cm . En ventilmekanisme betjenes mekanisk, pneumatisk eller hydraulisk for plutselig frigjøring av trykkgass i et tidsrom på få millisekunder for frembringelse av en akustisk puls.

Vanligvis har en slik lydkilde et styrekammer og

et utløsningskammer. De to kamre kommuniserer vanligvis med hverandre gjennom en begrensningsåpning, slik at trykkgassen kan utlignes mellom de to kamre. Utløsningskammeret er forsynt med en utløpsåpning, som når lydkilden lades er lukket ved hjelp av en ventil, som f.eks. en sleideventil eller en stempelventil. Ventilene av vilkårlig type har to virkeflater av forskjellig areal. Virkeflaten som vender mot gasstrykket i styrekammeret har størst areal. Som følge av forskjellige krefter som virker på de to virkeflater, holder ventilen ut-løpsåpningene lukket. Por å utløse lydkilden tilveiebringes forskjellige trykk ved å minske trykket i styrekammeret eller ved å øke trykket i utløsningskammeret noe. Trykket i ut-løsningskammeret bringer ventilen til hurtig å åpne for ut-løpsåpningen, slik at gassen i utløsningskammeret eksplosivt unnslipper gjennom utløpsåpningene. For å åpne utløps-åpningene beveges ventilen i bare en retning. Bevegelse i motsatt retning lukker utløpsåpningene.

Som nevnt ovenfor kan ventilene i trykkgasslyd-kilder være av sleidetypen eller stempeltypen. Ventillegemet beveges av en betjeningsmekanisme mot et sete for å hindre at trykkgassen unnslipper gjennom utløpsåpningene. Betjeningsmekanismen beveger ventillegemet bort fra setet i en retning parallelt med planet for utløpsåpningen. Ved ventiler av stempeltypen beveges ventillegemet vinkelrett på planet for ut-løpsåpningen. Ved alle disse typer beveger betjeningsmekanismen ventillegemet i en retning for å åpne utløpsåpningene. Derefter reverseres retningen av betjeningsmekanismen for å bevege ventillegemet tilbake i setet, slik at utløsningskammeret kan lades på ny. Betjeningsmekanismen må styre store krefter og krever derfor flere kompliserte forsterkertrinn for å utføre denne oppgave.

U.S.-patentskrift nr. 3-638.752 beskriver en seismisk lydkilde for gasstrykk med en sylindrisk sleideventil som samvirker med et sete for å lukke utløpsåpningene. U.S.-patentskrift nr. 3.039-292, nr. 3.276.53^ og nr. 3.310.128 viser stempelventiler.

De to hovedulemper ved de vanlige, ovenfor beskrevne lydkilder er driftshastigheten og den kompliserte betjeningsmekanisme for ventillegemet som er nødvendig for å styre store krefter.

De tidligere kjente seismiske lydkilder med trykkgass anvender meget gass og har liten driftshastighet. Nød-vendigheten av å reversere retningen av ventillegemet, dvs. bevegelse i en første- retning for å åpne ventilen og en bevegelse i motsatt retning for å lukke ventilen gir en uunngåelig forlengelse av det tidsrom, da utløpsåpningene forblir åpne. Naturligvis avgis trykkgass fra utløsningskammeret i hele det tidsrom da ventilen er åpen under utløsningen. Det er kjent at det bare er det begynnende utbrudd av gass som finner sted rett efter at ventillegemet åpner utløpsåpningene, som er brukbar akustisk energi for seismiske undersøkelser. Ytterligere avgivning av gass bidrar ikke til å øke styrken av den akustiske puls og er bortkastet.

Hovedhensikten ved foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en seismisk lydkilde med trykkluft, som har hurtigere ventilfunksjon enn de tidligere kjente, slik at bare det absolutt nødvendige av trykkluft avgis under hver ut-løsningsperiode, slik at det kan anvendes en mindre luft-kompressor enn det som hittil har vært nødvendig. En annen hensikt med oppfinnelsen er å.gjøre lydkilden mindre komplisert og eliminere begrensningspassasjer, flertrinns ventilstyring og magnetventiler.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en seismisk lydkilde av den innledningsvis nevnte typen som er kjennetegnet ved et betjeningsorgan i kammeret for lineær frem- og tilbakebevegelse i kammeret og med en åpning for komprimert luft, en lukket pute, med en åpning, fleksibelt montert i betjeningsorganets åpning for lukking av utløpsåpningen når lukkeputen er i en av to forskjellige lukkestillinger, og organ for å drive betjeningsorganet og lukkeputen frem og tilbake i vekslende arbeidsslag i kammeret fra en første lukkestilling til en andre lukkestilling via en åpen stilling, i hvilken åpning er i flukt med utløpsåpningen fov å avgi noe av den komprimerte luft.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-8.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Figur 1 viser skjematisk den måte en seismisk lydkilde med gasstrykk virker. Figur 2 viser et aksialt snitt gjennom en seismisk lydkilde ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser et tverrsnitt langs linjen 3-3' på figur 2. Figur 4 viser en del av et tverrsnitt av ventillegemet i lukket stilling. Figur 5 viser et tverrsnitt langs linjen 5-5'' på figur 2. Figur 6 viser et styreskjema for driften av lydkilden ifølge oppfinnelsen. Figur 7 viser en del av et aksialt snitt av en annen utførelsesform av lydkilden ifølge oppfinnelsen med ventillegemet i midtstilling. Figur 8 viser på samme måte som figur 7 ventillegemet i lukket stilling. Figur 1 viser et skip 12 som er utstyrt med en seismisk lydkilde 10 som rager ned i vannet m for avgivelse av en akustisk puls 16. Når den akustiske puls fra lydkilden 10 treffer et undersjøisk sjikt 18, blir den reflektert i form av en trykkbølge 20.

Den reflekterte trykkbølge 20 detekteres av ikke viste hydrofoner som er montert på en lang slepekabel 22. Slepekabelen 22 taues av' skipet 12 og holdes i ønsket dybde ved hjelp av dybdestyreorganer 24. De detekterte seismiske bølger omformes til elektriske signaler og overføres til registrerings-apparater 26 ombord i skipet 12 på kjent måte.

Lydkilden 10 er montert på en ramme 28 ved hjelp av ører 30,32 i motsatte ender av lydkilden.

Lydkilden 10 på figur 2 består av et sylindrisk

ytre hus 34 med endeplater 36, 38 holdt sammen ved hjelp av bolter h0 , 4' 2 og mutre 44,^6,48 og 50. Endeplatene er utstyrt med skuldre 49,51 og 0-ringer 52,54 er lagt inn i ringspor i skuldrene 49,51 for å tette huset og danne et lukket kammer. Husveggen 34 har fire slissformede utløpsåpninger 56,58,61,62 radialt anordnet på omkretsen. Det er klart at utløps-åpningene kan ha annen form og likeledes kan endeplatene være holdt sammen på annen måte enn ved hjelp av de viste bolter og mutre.

Endeplatene 36,38 er inne i kammeret forsynt med aksialt forløpende hylser 57,59* hvis ytre diameter er noe mindre enn den indre diameter av husveggen 34, slik at det tilveiebringes ringformede rom 70,72, som opptar det glidbare betjeningsorgan 60. Husets deler er fremstilt av metall med stor strekkfasthet, som f.eks. stål.

Betjeningsorganet 60 er glidbart bevegelig frem

og tilbake mellom to stopporganer 63 og 64, som danner en del av skuldrene 49,51 på endeplatene 36,38. Volumet mellom husveggen 34, endeplatene, hylsedelene og betjeningsorganet danner ringformede delkamre 70,72. 0-ringer 74,76,78,80 er anordnet på ytterflaten og innerflaten av begge ender av betjeningsorganet 60, slik at delkammerne 70,72 ikke kommuniserer med kammeret 82 inne i hylsedelene 57, 59- Betjeningsorganet 60 ei' hindret fra rotasjon ved hjelp av en tapp 84. som er skrudd gjennom husveggen 34 og inn i en styrebane på den ytre flate av betjeningsorganet 60, som vist på figur 2 og 5, som fortrinnsvis består av aluminium for å ha minst mulig treghet ved glidebevegelsen frem og tilbake.

Fire åpninger 88,90,92,94 er anordnet radialt i betjeningsorganet 60 midt mellom endene 66 og 68, som vist på figur 2 og 3- Åpningene er rektangulære, men kan ha annen form. Fire lukkeputer 96,98,100,102 har slissformede åpninger 104,106, 108 respektivt 110, som er opptatt i åpningene 88,90,92,94. Tetningsputene danner ventillegemer som betjenes av betjeningsorganet 60. Tetningsputene består av hardt kunststoff med liten friksjon som f.eks. "Nilatron". Putene har glidepasning i åpningene. Ytterflåtene har buet form svarende til bue-formen for den indre flate 35 av husveggen 34. Putene holdes på plass og flytende mot innerveggen 35 ved hjelp av fjær-ringer 112,114, men kan også være utformet på annen måte for å hindre at putene faller ut av åpningene i betjeningsorganet når lydkilden ikke er i bruk. Som det vil fremgå av neden-stående vil det indre trykk under bruk holde putene på

plass mot husveggen 35- Tykkelsen av betjeningsorganet 60 er slik at det er muliggjort en liten klaring mellom hylsene 57> 59 og den indre flate 35 av husveggen 34, slik at betjeningsorganet kan gli fritt. Åpningene 104,106,108,110 kan ha samme størrelse som utløpsåpningene 56,58,61,62 i husveggen 34, men de kan også være større eller mindre avhengig av den ønskede konstruksjon likesom formen av åpningene.

Endeplaten 36 er forsynt med en innløpsåpning 116 for bet j eningsf luidurn og et luftinnløp 118. Endeplaten 38

har bare et innløp 120 for betjeningsfluidum. Trykkluft eller hydraulisk fluidum under trykk tilføres innløpsåpningene 116 og 120 via slanger som ikke er vist på figur 2, og som skal forklares nærmere i forbindelse med figur 6.

Virkemåten for lydkilden er følgende, idet det antas at betjeningsfluidumet er trykkluft. Når lydkilden anbringes for drift tilføres trykkluft via innløpet 120 til det ringformede delkammer 72, hvilket beveger betjeningsorganet 60 mot høyre, slik at endeflaten 66 hviler mot stopporganet 63. Av figur 4 fremgår at tetningsputen eller ventillegemet 96 da befinner seg i en første lukket stilling som blokkerer utløps-åpningene. Med blokkerte utløpsåpninger tilføres trykkluft til det sentrale kammer 82 via innløpet 118 til et trykk i området 140-420 kg/cm . Med kraften av trykkluften i kammeret 82 presses de fire tetningsputer eller ventillegemer mot den indre flate 35 av husveggen 34 slik at utløpsåpningene 56,58,

61 og 62 er tett lukket. Lydkilden er nå ladet.

For utløsning av lydkilden frigis plutselig trykkluften fra delkammeret 72 og samtidig tilføres trykkluft via innløpet 116 til delkammeret 70, slik at betjeningsorganet 60 med akselerende hastighet forskyves mot venstre mot stopporganet 64 til den andre lukkestilling av ventillegemet. Når åpningene 1G4 ,106,108,110 passerer utløpsåpningene 56,58,61 respektiv 62 vil disse utløpsåpninger i et øyeblikk være udekket slik at trykkluften i kammeret 82 unnslipper eksplosivt og danner den ønskede akustiske puls. Ved en lineær bevegelse blir således betjeningsorganet og dermed ventillegemene beveget fra lukket stilling til åpen stilling og videre til lukket stilling i meget hurtig rekkefølge. Tidsperioden for åpne utløps-åpninger ligger i størrelsesorden av noen få millisekunder. Lydkilden utløses en andre gang ved en reversering av betjeningsorganet, idet trykkluften i delkammeret 70 frigis og delkammeret 72 tilføres trykkluft på ny for å bevege betjeningsorganet mot høyre. Lydkilden kan utløses gjentatte ganger ved å bevege betjeningsorganet avvekslende frem og tilbake først i en retning og derefter i motsatt retning som beskrevet ovenfor og avgi en akustisk puls hver gang åpningene i ventillegemet ligger i flukt med utløpsåpningene.

Lengden av hylsene 57 og 59 er ikke kritisk. De tjener bare til å styre betjeningsorganet 60 og til å danne de ringformede delkamre 70 og 72 når betjeningsorganet 60 og ventillegemene eller tetningsputene 96,98,100 og 102 befinner seg i lukket stilling. I virkeligheten kunne de to hylse-deler ha dannet et kontinuerlig rørformet legeme med en eller flere åpninger i flukt med utløpsåpningene 56-62, slik at trykkluften kan unnslippe fra det indre kammer 82 gjennom ut-løpsåpningene når betjeningsorganet 60 beveges frem og tilbake.

Pulsformen for den akustiske energi som frigis og kvantumet av luft kan velges i samsvar med konstruksjons-parameterne for form og dimensjoner av utløpsåpningene og hastigheten av betjeningsorganet. Hastigheten av betjeningsorganet reguleres ved tilførselen av trykkluft til det ene eller andre delkammer 70 respektiv 72 og strømningshastigheten for trykkluften til det motstående delkammer. Trykket for betjeningsluften eller hydraulisk fluidum som anvendes er ikke kritisk, men må være stort nok til å overvinne friksjonen for tetningsputene eller ventillegemene 96,98,100,102 og O-ringenes trykk mot den indre flate 35 av husveggen 34, og kan ligge

mellom 100 og 140 kg/cm p.

Figur 6 viser virkemåten for den seismiske lydkilde på figur 6. En kompressor 122 leverer trykkluft fc.il ønsket trykk. Trykkluften opptrer i forbindelsespunktet 124, hvor en del av luften leveres til en ledning 118 i kammeret 82. En annen del av trykkluften strømmer gjennom en reduksjonsventil 126 til en treveis ventil 128. I den ene stilling av denne avluftes det ene delkammer via ledningen 116 gjennom et avløp 132 og samtidig tilføres det andre delkammer trykkluft gjennom ledningen 120. I den andre stilling av treveis-ventilen 128 finner det motsatte sted. Ventilen 128 er vist som en manuell ventil, men i praksis er den kraftdreven ved hjelp av egnede hjelpemidler. Hvis det anvendes hydraulisk drivvæske, må det hele modifiseres på kjent måte.

Oppfinnelsen er beskrevet i et foretrukket ut-førelseseksempel med flytende tetningsputer eller ventillegemer for å blokkere utløpsåpningene. Det er imidlertid mulig å eliminere tetningsputene og erstatte disse med to 0-ringer, en på hver side av utløpsåpningene 103,105 og som omgir betjeningsorganet og ligger an mot den indre flate 35

av husveggen 34. Figur 7 og 8 viser en slik alternativ ut-førelsesform med betjeningsorganet 60 med åpne utløpsåpninger, som vist på figur 7, og med lukkede utløpsåpninger, som vist på figur 8. På figur 7 er åpningene anbragt direkte i betjeningsorganets vegg. 0-ringer 140 og 142 omslutter betjeningsorganet på hver sin side av utløpsåpningene. 0-ringene 78,80,140,142,74 og 76 ligger an mot den indre flate 35 av husveggen 34 og blokkerer utløpsåpningene fra fluidum i delkammerne 70 og 72 og det indre kammer 82 med unntagelse av åpningene 103 og 105 som ligger i flukt med utløps-åpningene 56 og 58, som vist på figur 7- Når betjeningsorganet 60 drives mot stopporganet 63, som vist på figur 8, vil 0-ringene 78 og 140 blokkere utløpsåpningene 56 og 58. Når betjeningsorganet 60 drives mot det motsatte stopporgan vil utløpsåpningene 56 og 58 være blokkert av 0-ringene 74 og 142.

Selv om utløpsåpningene er vist som slisser kan de også være sirkulære eller det kan anbringes mange mindre hull. Utløpsåpningene kan være slisser og åpningene i tetningsputene kan være mindre hull fordelt langs slissene eller omvendt.

I ut førelseseksempelet er vist et sett på fire radialt anordnede utløpsåpninger som ligger i flukt med de andre åpninger. Det er klart at det kan anvendes flere sett enn fire 02 i fluktliggende åpninger av forskjellig art.

Claims (8)

1. Seismisk lydkilde for tilveiebringelse av en akustisk puls i vann, idet lydkilden har et sirkulært kammer (82) med en utløpsåpning (56) i dens sidevegg, karakterisert ved et betjeningsorgan (60) i kammeret (82) for lineær frem- og tilbakebevegelse i kammeret og med en åpning (88) for komprimert luft, en lukkepute (96), med en åpning (104), fleksibelt montert i betjeningsorganets (60) åpning (88) for lukking av utløpsåpningen (56) når lukkeputen (96) er i en av to forskjellige lukkestiIlinger, og organ (116,120) for å drive betjeningsorganet (60) og lukkeputen (96) frem og tilbake i vekslende arbeidsslag i kammeret (82) fra en første lukkestilling til en andre lukkestilling via en åpen stilling, i hvilken åpningen (104) er i flukt med utløpsåpningen (56) for å avgi noe av den komprimerte luft.

2. Lydkilde ifølge krav 1,karakterisert ved at betjeningsorganet (60) ved tetningsorganer (74,76, 78,80) mot innervegg (35) av et ytre rørformet hus (34) og mot ytre vegg av indre rør (57,59) danner et første delkammer (70) mellom rørene(34,57)og en endeplate (36) i den første lukkestilling, for å danne et andre delkammer (72) i den andre lukkestilling og organ (116,120) for å bringe fluidum under trykk til det første delkammer (70) i den første lukkestilling og til det andre delkammer (72) i den andre lukkestilling for bevegelse av betjeningsorganet (60) mellom disse to stillinger.

3. Lydkilde ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kammeret (82) er langstrakt, og at betjeningsorganet (60) beveger lukkeputen (96) i en lineær bevegelse.

4. Lydkilde ifølge krav 3,karakterisert ved at lukkeputens (96) bevegelse er parallell med utløps-åpningens (56) plan.

5. Lydkilde ifølge krav 2, karakterisert ved at fluidumet under trykk er komprimerbar luft, og at organene (116,120) er hydraulisk drevet.

6. Lydkilde ifølge krav 5, karakterisert ved et par tetningsringer (140,142) som omgir åpningen (103) og har glideberøring med den indre flate (35) av det ytre hus .

7- Lydkilde ifølge krav 2 og 6,karakterisert ved at det indre rør (60) har en åpning (88) som opptar en lukkepute (96) av ettergivende materiale med en åpning (104).

8. Lydkilde ifølge krav 1, 2, 5 og 7, karakterisert ved understøttelse (112,114) som presser tetningsputen (96) i åpningen (88) mot den indre flate (35) av det ytre rør (34).