NO177118B - Ventilanordning, særlig for styring av avfyringen av en seismisk energikilde - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en ventilanordning, særlig for styring av avfyringen av en seismisk energikilde, som angitt i krav l's innledning.

Luftkanoner er vel kjent innenfor området seismiske under-søkelser. Slike luftkanoner benyttes for å tilveiebringe en seismisk bølge som penetrerer jordoverflaten og reflekterer fra de ulike lag der. Disse reflekterte bølger analyseres for å få frem informasjon med hensyn til oppbygging og plassering av de underjordiske lag hvor refleksjonen finner sted.

Ved bruk av en slik luftkanon, se eksempelvis US-PS 4.240.518, benyttes en solenoidventil for påvirkning av en sleideventil som i sin tur avfyrer kanonen. Den av solenoidventilen leverte høytrykksluft bestemmer hastigheten for betjeningen av sleideventilen. Det er derfor meget vesentlig at solenoidventilen kan utløse en maksimal luftstrøm. Betydningen av en rask frigjøring av en luftstrøm vil gå frem av fig. 1. Fig. 1 viser forskjellen mellom de trykk som oppnås med en ventil som har rask og fullstendig åpning og en tidligere kjent ventil, hvor det skjer en gradvis øking av strømningsmengden. Man vil se at tidsvinduet (delta ti) hvor trykket ligger innenfor kanonens avtrekkstrykkområde, er meget kortere for et system hvor det raskt oppnås full strømning, enn det tidsvindu (delta t2) som man har for den konvensjonelle ventil, hvor full strømning bare oppnås relativt langsomt. Dette betyr at jo hurtigere en ventil kan åpnes helt, jo mindre vil avtrekkstrykkområdet-vinduet være, og derved øker nøyaktigheten med hensyn til fastleggingen av den virkelige avtrekkstid og repeterbarheten bedres også. Det er derfor klart at trykkøkningstiden i solenoidventilen er meget viktig i forbindelse med behovet for å redusere luftkanonens avfyringstidsvariasjon (t). Jo lengre trykk-økingstiden er, desto større vil avfyringstidsvariasjonene for luftkanonen være.

En årsak til den relativt lange trykkøkningstid i vanlige luftkanon-solenoidventiler er at stempelet glir på en sentral stamme og gradvis avdekker små boringer i stammen. Frigjøringen av disse hullene tilveiebringer en strømningsbane for luften, med gradvis øking av luftstrømmengden fra ventil-innløpet til- utløpet. Som følge av plasseringen av stamme-pakningen må stempelet bevege seg en liten strekning før boringene eller portene begynner å åpne seg, og dette betyr en forsinkelse med hensyn til avfyringen av luftkanonen. Ettersom portene åpnes vil strømningsarealet øke, helt til det tilsvarer strømningsarealet til det sentrale hull i stammen. På dette tidspunkt vil strømningsarealet være likt det konstante strømningsareal for stammehullene.

Det tør av det ovenstående gå fram at man kan oppnå bedre nøyaktighet med hensyn til tidsbestemmelsen av kandnavfyring-en dersom man kan korte ned på den tid som medgår for oppnåelse av maksimal luftmengde.

Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveiebragt ventilanordning, særlig for styring av avfyringen av en seismisk energikilde, som angitt i krav 1, med de der i karakter-istikken angitte kjennetegn. Ringpakningen vil i en slik ventilanordning holdes fast på en sikker og god måte. Det muliggjøres også bruk av konsentriske fluidumporter, anordnet på en slik måte at ventilen lett kan festes på et egnet sted, med samtidig fluidumtilknytning.

Strømningsmengden øker lineært med stempelforskyvningen. Den nye ventil innbefatter et av en vikling påvirket stempel som ikke har noen porter. Stempelet er av et magnetisk permeabelt materiale og vil i sin ikke aktiverte tilstand dekke en ringformet 360° portåpning mellom ventilinnløpet og-utløpet. Denne stilling holdes ved hjelp av en fjær som presser stempelets fremre ringformede skarpe kant mot en flatetetning i ventilen, hvorved ventilens innløpsport avstenges relativt utløpsporten. Ved aktivering av solenoidventilens vikling vil stempelet bevege seg meget raskt mot fjærens virkning og derved raskt bevirke åpning av kanalen mellom innløp og utløp. Derved oppnås en rask 306° forbindelse mellom innløp og utløp, med tilhørende maksimal luftstrøm. Luftstrømmen går forbi stempelkanten og langs en hindringsfri bane, istedenfor gjennom en hul stamme. Derved oppnås den fordel at det trykk som solenoidventilen leverer, bygges opp meget raskere og man oppnår derved en meget bedre tidsstyring av luftkanonens avfyring (reduksjon av avfyringsavvik).

På tegningene viser

Fig. 1 en graf hvor virkningen til den nye solenoidventil er sammenlignet med virkningen til en

konvensjonell solenoidventil,

fig. 2 viser en graf med en sammenligning av strøm-ningsareal/stempelforskyvning for en konvensjonell solenoidventil og en ventil ifølge

oppfinnelsen, og

fig. 3 viser et snitt gjennom en solenoidventil ifølge

oppfinnelsen.

I fig. 3 er det vist et snitt gjennom en solenoidventil ifølge oppfinnelsen. Ventilen har et magnetisk permeabelt hus 4, fortrinnsvis av rustfritt stål. Dette hus inneholder et polstykke 1 av magnetisk permeabelt materiale, fortrinnsvis rustfritt stål. Polstykket 1 har et par spor for opptak av 0-ringer 14 som tetter mot huset 4.

I huset 4 er det også plassert en solenoidvikling 20. Viklingen har ledninger 21 og 22 for tilknytning til en ekstern aktiveringskilde. Et ytterligere, ringformet polstykke 18, utformet av et magnetisk permeabelt materiale, fortrinnsvis rustfritt stål, er plassert ved viklingen 20 og opptar stempelet 5. Stempelet 5 er aksialt bevegbart i polstykket 18 og er av et magnetisk permeabelt materiale, fortrinnsvis rustfritt stål. Stempelet 5 har et spor med en O-ring 3 for tetning mellom stempelet og polstykket 18. En magnetisk krets dannes av det første polstykke 1, luftgapet 17 og stempelet 5, det andre polstykke 18, huset 4 og tilbake til det første polstykke 1. En trykkfjær 2 er lagt innmellom polstykket 1 og stempelet 5. Denne fjæren presser stempelet mot en flatetetning 12 i ventilens neseparti 7. I et spor i nesen 7 er det lagt inn en O-ring 11 som tetter mellom nesen og polstykket 18.

En fjærring 6 er lagt inn mellom huset 4 og frontdelen 7 for å hindre at stempelet og frontdelen trykkes ut av huset under påvirkning av fjæren. Ringen 6 holder delene sammen. En tetningsholder 8 er utformet med et hult sentralt parti og er forbundet med flatetetningen. Gjennom holderen 8 dannes det et utløp 15 for ventilen. Tetningsholderen 8 hindrer at flatetetningen 12 trykkes inn i utløpshullet, og holder altså flatetetningen på plass. Innløpsporten 14 til ventilen strekker seg inn til et ventilkammer 16. Dette ventilkammer lukkes mot utløpet 15 ved hjelp av stempelet 5 når ventilen er i sin ikke aktiverte tilstand. 0-ringer 9 og 10 gir tetning mellom solenoidventilen og den del av luftkanonen hvor ventilen er montert og hvor høytrykksluft tilføres ventilinnløpet 14.

Ved bruk av luftkanonen blir den trykksatt slik at det ved ventilinnløpet 14 ligger luft med et bestemt trykk. Ventilkammeret 16 vil da være fylt med høytrykksluft, eksempelvis 138 bar. Luften hindres i å gå gjennom ventilen som følge av at stempelet 5 er i sin stengestilling.

Når elektrisk strøm tilføres ledningene 21,22 vil viklingen 20 energiseres og indusere et aksialt orientert magnetfelt i den tidligere omtalte magnetkrets. Som nevnt er det benyttet magnetisk permeabelt rustfritt stål i komponentene, og hele magnetkretsen består således av ikke-korroderende permeable materialer.

Når viklingen energiseres vil stempelet 5 trekkes mot polstykket 1. Derved åpnes utløpsporten 15 raskt og det tilveiebringes forbindelse med innløpsporten 14. Det vil si at høytrykksluften kan gå til utløpsporten 15. Magnetvirk-ningen mellom polstykket 1 og stempelet 5 motvirker kraften til fjæren 2. Når magnetfeltet blir borte vil fjæren presse stempelet 5 tilbake til tetningsanlegg mot flatetetningen 12.

Man vil forstå at stempelet beveger seg raskt når viklingen energiseres, og at det tilveiebringes en 360° forbindelse mellom ventilkammeret 16 og utløpet 15. Åpningen skjer raskt, slik at man oppnår den virkning som kurvene i fig. 1 og 2 viser.

Fig. 2 viser forholdet mellom strømningsareal og åpningsbe-vegelsen. I en konvensjonell solenoidventil, eksempelvis den som er vist og beskrevet i det innledningsvis nevnte US-PS 4.240.518, vil det der viste stempel 82 gli forbi hull 108 i en ventilstamme 76. Derved avdekkes hullene suksessivt og det tilveiebringes et strømningsareal for luften. Av fig. 2 vil det gå frem at det oppnås en dramatisk strømningsarealøkning ved bruk av den nye ventilen, sammenlignet med den kjente ventil.

Såvel den konvensjonelle som den nye ventil må være trykk-balansert for å kunne virke skikkelig. Det betyr at solenoid-stemplene må være avtettet på en slik måte at det ikke virker noen ekstra belastning på stempelet som følge av trykket. Dette oppnås ved den tidligere kjente ventil ved bruk av 0-ringer 160 og 84. Fordi begge 0-ringer ligger på samme diameter, vil lufttrykket rundt stempelet 76 ikke gi noen kraft. Magnetkraften behøver derfor bare virke mot kraften til fjæren 86. Det samme gjelder for solenoidventilen ifølge oppfinnelsen. Trykkavtetning oppnås ved hjelp av 0-ringen 3 og flatetetningen 12. Stempelets tetningsdiameter er den samme for endeflaten og 0-ringen. Denne balanserte konstruk-sjon er nødvendig for at solenoidventilen skal kunne gjøres så liten at den greit kan feste på luftkanonen. Dersom man ikke hadde disse konstruktive forhold måtte solenoidviklingen dimensjoneres meget kraftigere for å oppnå den ekstra stempekraft. Dette betyr naturligvis også innsats av sterkere elektrisk strøm, med tilhørende kraftige dimensjonert ledningsnett, hvilket vil kunne gjøre ventilen upraktisk i bruk. Innenfor de dimensjonsrestriksjoner som foreligger (i forbindelse med tilpassingen av solenoidventilen til eksisterende luftkanoner), oppnår man med den nye solenoidventil en høyere luf tstrømningsmengde uten at det er nødvendig å øke ventilens totaldimensjon.

Claims (5)

1. Ventilanordning, særlig for styring av avfyringen av en seismisk energikilde, innbefattende et ventilhus (4), en første fluidumport (14) som ender i et ringkammer (16) i huset, en andre fluidumport (15) som ender i et sirkulært kammer koaksialt med og hosliggende ringkammeret (16) i huset, en ventilport i huset (4), innbefattende en ringpakning (12) anordnet mellom og hosliggende til såvel ringkammer som det sirkulære kammer og rundt den nevnte andre fluidumport, et resiproserbart stempel (5) i huset, med en mot ringpakningen vendt ende som ved stempelets bevegelse går mot og fra ringpakningen (12) for derved å stenge og åpne for-bindelsen mellom ringkammer og det sirkulære kammer, og en stempel-aktiveringsanordning (20,2) i huset, beregnet til selektivt å bevirke stempelets (5) resiproserende bevegelse, idet fluidumportene som innløps- henholdsvis utløpsporter og ringpakningen (12) er utformet henholdsvis anordnet i en hus-frontdel (7) utfor stempelenden, karakterisert ved at ringpakningen (12) er formsluttende fastholdt mellom frontdelen (7) og en pakningsholder (8) som er forbundet med frontdelen og er utformet med en i ring-stempelets aksiale retning aksialt gjennomgående boring, hvilken boring danner den nevnte andre fluidumport (15).

2. Ventilanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte første fluidumport (14) er anordnet som en krans av boringer rundt den nevnte gjennomgående boring.

3. Ventilanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at frontdelen (7) er anordnet som en plugg i ventilhuset (4).

4 . Ventilanordning ifølge krav 2 og/eller 3, karakterisert ved at frontdelen (7) er fastholdt i ventilhuset (4) ved hjelp av en fjærring (6).

5 . Ventilanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at ringpakningen (12) har form av en rett sirkulær sylinder med en innover- og utover-ragende endeflens.