DE1498011C - Seeseismische Vorrichtung zum Erzeugen von Schallimpulsen unter Wasser - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine seeseismische Gasdruck ein Kraftüberschuß auf das Gasaustritts-

Vorrichtung zum Erzeugen von Schallimpulsen unter ventil in einer dem Auslaßende gegenüberliegenden

Wasser mit einer starren Druckgaskammer, die einen Richtung ausgeübt, wodurch das Ventil geschlossen

Auslaß für das unter Druck gesetzte Gas hat und der gehalten wird. Wenn ein akustischer Impuls erzeugt

eine Einrichtung zum Erzeugen des Gasdruckes in 5 werden soll, wird die Steuerkammer an das unter

der Kammer zugeordnet ist. Druck stehende Gas in der Druckgaskammer an-

Bekannte Vorrichtungen der vorbeschriebenen Art geschlossen. Auf diese Weise wird eine zusätzliche

haben gegenüber solchen mit elastischer Druck- Kraft auf das Gasaustrittsventil ausgeübt, um den am

gaskammer den Vorteil, daß die gesamte zur Ver- Ventil angreifenden, vorerwähnten Kraftüberschuß

fügung stehende Energie als Schallimpuls ausgestrahlt io zu überwinden und dadurch das Gasaustrittsventil

wird und nicht teilweise für die Deformation der , in eine Öffnungsstellung zu drücken, in der das unter

Kammerwände verlorengeht. Die bekannten Vorrich- Druck stehende Gas aus der Druckgaskanimer frei-

tungen mit starrer Druckgaskammer haben aber einen gesetzt wird.

ständig offenen Auslaß dieser Druckgaskammer, so Weitere Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus

daß diese nach dem Erzeugen eines Druckimpulses 15. der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnun-

nicht wasserfrei ist. ' gen, in denen bevorzugte Ausführungsformen bei-

Dieser Umstand wirkt sich besonders dann nach- spielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigi

teilig aus, wenn akustische Impulse in kurzen Zeit- Fig. I eine schematische Darstellung einer seeseis-

abständen erzielt werden sollen, weil die Stärke der mischen Vorrichtung nach der Erfindung,

Impulse nicht gleichmäßig und der Einsatz des Im- 20 Fig. II zur Erläuterung der Erfindung dienende

pulses nicht exakt sind. Kurven,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Fig. III eine ausführliche Darstellung einer Auseine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art in führungsform der Erfindung,

dieser Hinsicht zu verbessern, und die Lösung dieser Fig. IV einen vergrößerten Querschnitt durch die

Aufgabe besteht in einem an der Druckgaskammer 25 Vorrichtung nach Fig. III entlang der Linie 4-4,

angeordneten, nach außen öffnenden Gasaustritts- Fig. V eine ausführliche Darstellung einer weite-

ventil, welches mit Hilfe des Gasdruckes schnell und ren Ausführungsform der Erfindung,

in kurzen Zeitabständen zwischen der geschlossenen Fig. VI den Teil eines Schnittes entlang der Linie

und der offenen Stellung bewegbar ist. 6-6 der Fi g. V und . : .

Bei einem Detektor für Druckwellentranslations- 30 Fig. VII eine Abwandlungsform der Vorrichtung

systeme ist es bekannt, eine Druckwelle in einem nach F ig. V..

Bohrloch zu erzeugen, wobei die Druckgaskammer Die in F i g. I dargestellte Ausführungsform der ermit einem schnellöffnenden Ventil ausgerüstet ist, findungsgemäßen seeseismischen Vorrichtung zur durch welches das in der Kammer befindliche Gas Erzeugung akustischer Impulse enthält eine Druckgasfreigegeben wird. Das Gas wird aber dort nicht unter 35 kammer 10, die vom Boot aus durch ein Kabel 11 im Wasser freigegeben, sondern in das Bohrrohr, um Wasser gehalten wird und ein in das Wasser mündeninnerhalb dieses Rohres von jedem der Einbauten des Auslaßende 12 aufweist. Ein schnellöffnendes und dem Flüssigkeitsspiegel ein Echo zu erzeugen, Gasaustritts-Ventil 13 ist zur öffnung und Schließung aufzufangen und zu registrieren. Es handelt sich hier des Auslaßendes vorgesehen. In die Druckgasalso um Druckimpulse anderer Art, die auch nicht 40 kammer wird ein Strömungsmittel durch in Fig. I von einem Ventil ausgelöst werden, das von dem nicht dargestellte Mittel eingeführt, um einen hohen Gasdruck betätigt wird. ■ Strömungsmitteldruck innerhalb der Druckgas-Es ist ferner bekannt, bei einer Vorrichtung mit kammer zu erzeugen. Zu einem gewünschten-Zeitelastischer Druckgaskammer eine Drosselstelle und punkt wird das Gasaustritts-Ventil 13 betätigt, um ein Ventil vorzusehen, aber dieses Ventil hat nur den 45 dem unter Druck stehenden Strömungsmittel den Zweck, nach dem Impuls die verbrannten Gase aus Austritt in das Wasser in kürzester Zeit zu ermögder Druckgaskammer auszuschieben, nicht aber den liehen. Der Druck im Wasser steigt dadurch schnell Druckimpuls auszulösen. auf einen Höchstwert an, um einen Druckimpuls zu Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Ausbil- , erzeugen, der zum Zeitpunkt α in Fig. II angedeutet dung den Vorteil, daß es sich um einen Verschluß 50 ist und der den akustischen Impuls liefert,
des Impulsauslaßquerschnittes, d.h. um ein einen In der Vorrichtung nach Fig. I ist das eingeführte scharf begrenzten Einsatz des Impulses erzielendes Strömungsmittel ein Gas, z. B. unter Druck ein- und sehr schnell arbeitendes Ventil handelt, das geblasene Luft,- mit welcher ein hoher Gasdruck in bereits schließt, solange noch die Gasblase das Aus- der Kammer zur Erzeugung eines akustischen Imlaßende der Druckgaskammer umgibt. Ein weiterer 55 pulses hergestellt wird. In einer außerdem beschriebe-Vorteil besteht darin, daß die Ventilbewegung mit nen weiteren Ausführungsform wird ein brennbares Hilfe des Gasdruckes erzielt wird. -·■■■■- Strömungsmittel, wie z. B. Dieselöl, in eine geschlos-In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vor- sene Kammer eingeführt und gezündet, um einen gesehen, daß das Gasaustrittsventil durch einen von hohen Gasdruck innerhalb der Kammer zu erzeugen, dem Druckgas beaufschlagten Differentialkolben, eine 60 Ein schnellöffncndes Gasaustritts-Ventil wird zur dem Druckgas zugängliche Steuerkammer sowie durch Freisetzung des unter Druck stehenden Gases zu eine mit Druckgasenergie oder mit bei demöffnungs- einem gewünschten auf die Zündung folgenden Zeitvorgang gespeicherten Rückstellenergie arbeitende punkt betätigt, um einen akustischen Impuls zu er-Schließvorrichtung bewegbar ist. zeugen. Bei Betätigung der Vorrichtungen nach die-Die Steuerkammer wird gewöhnlich auf einem ver- 65 sen Ausführungsformen wird eine große Gasblase 13', hältnismäßig niedrigen Druck gehalten. Wenn daher Fig..I, im Anschluß an die Freisetzung des unter das Ventil in der Schließstellung ist und die Druck- Druck stehenden Gases in das Wasser gebildet. Die gaskammer unter Druck gesetzt wird, wird durch den Bildung der Blase erzeugt einen negativen Impuls,

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der zum Zeitpunkt/) in Fig. II dargestellt ist, und gewöhnlich einen zweiten Druckimpuls, der zum Zeitpunkt c in der Kurve A dargestellt ist. Weiter unten werden noch Mittel erläutert, mit weichen die Amplitude und Frequenz des sekundären Druckimpulses vermindert werden können, wie durch die Kurve B dargestellt wird.

Fig. I läßt erkennen, daß der Luftdruck innerhalb der Kammer verwendet wird, um das Ventil in einer geschlossenen Stellung zu halten, während der Druck auf einen gewünschten Höchstwert ansteigt, und um ferner das Ventil zu öffnen. Im einzelnen weist das Gasaustrittsventil einen aus einem ersten kleineren Ventil-Teller 14, einem Verbindungsglied 15 und einem zweiten größeren Ventil-Teller 16 bestehenden Differentialkolben auf. Das Ventil wird durch in F i g. I nicht dargestellte Mittel in eine Schließstellung bewegt, in welcher ein Gummidichtungsring 17 mit der Innenfläche 18 des Ventil-Tellers 14 zur Abdichtung des Auslaßendes zusammenarbeitet. Der Innendurchmesser des Dichtungsringes 17 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des oberen Ventil-Tellers 16. Daher hat der Ventil-Teller 16 eine große Innenfläche für die Einwirkung des Strömungsmitteldruckes parallel zur Ventilachse. Wenn das Gausaustritts-Ventil in geschlossener Stellung ist, berührt eine Abdichtung 20, die an dem Bauteil 21 vorgesehen ist, die Oberseite 22 des Ventil-Tellers 16, um eine kammer 23 zu bilden, die gegen die Druckgaskammer 10 abgedichtet ist. Der Druck in der Steuerkammer 23 wird durch in F i g. I nicht dargestellte Mittel gewöhnlich auf einem Wert gehalten, der geringer als der des Druckes innerhalb der Druckgaskammer 10 ist und im Bereich des Atmosphärendruckes liegt. Wenn daher die Druckgaskammer 10. unter Druck gesetzt wird, wirkt eine aufwärts gerichtete Überschußkraft auf das Gasaustrittsventil 13 und hält dadurch das Ventil in Schließstellung. Falls ein akustischer Impuls erzeugt werden soll, wird das Solenoidsteuerventil 24 betätigt, um dem unter Druck stehenden Gas in der Druckgaskammer 10 den Übergang in die Steuerkammer 23 zu ermöglichen. Dadurch wirkt eine zusätzliche Kraft auf die Oberseite 22 des Ventiltellers 16 ein, um den an dem Gasaustrittsventil angreifenden aufwärts gerichteten Kraftüberschuß zu überwinden, so daß die Dichtung zwischen den Kammern unterbrochen wird. Die Druckluft in der Druckgaskammer 10 drückt dann das Gasaustrittsventil 13 in kürzester Zeit abwärts und die Druckluft wird dadurch schnellstens in das Wasser freigesetzt, um einen akustischen Impuls zu erzeugen. Der Behälter 25 dient als Anschlag für das Ventil, nachdem es ausreichend abwärts bewegt worden ist, um den Austritt des unter Druck stehenden Gases zu ermöglichen. Im einzelnen wirkt das Wasser in dem Behälter 25, sobald der Ventilteller 14 des Gasaustrittsventils 13 sich dem Behälter 25 nähert und in diesen eintritt, als Bremseinrichtung für die Ventilbewegung.

An Hand von Fig. III wird die in Fig. I dargestellte Vorrichtung, in der Druckluft in die Kammer zur Erzeugung von akustischen Impulsen eingeführt wird, im einzelnen erläutert. Dabei haben gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. I.

Das Gasaustrittsventil 13 wird hin- und herbeweglich in der Druckgaskammer 10 durch einen Träger 30 und ein Lager 31 gehalten. Der Dichtungsring 17 wird von dem Teil 32 gehalten, welcher das .Auslaßende der Druckgaskammer 10 bildet. Dieser Teil ist vorgesehen, um den Zusammenbau und das Auseinandernehmen der Vorrichtung zu erleichtern. Ein Dichtungsring 33 ist als Abdichtung zwischen dem Teil 32 und dem unteren Ende der Druckgaskainnier 10 angeordnet. Der den Dichtungsring 20 tragende Bauteil 21 wird von Stangen 33' (s. auch Fig. IV). getragen und ist mit dem Teil 32 verbunden. Der

ίο Bauteil 21 enthält eine erste Scheibe 34, die mit Stangen 33' verbunden ist, und eine zweite Scheibe 35 mit geringerem Durchmesser, die sich unter der Scheibe 34 zwischen den Stangen 33' erstreckt. Der Dichtungs-Bauteil 21 wird von Stangen 33' (s. auch Fig. IV) gehallen, der durch eine Mehrzahl von Federn 37 nach unten vorgespannt ist. Diese Federn sind in öffnungen 38, Fig. IV, angeordnet, welche im Ring 36 ausgebildet sind, und dienen dazu, den Ring 36 und damit den Dichtungsring 20 in Richtung auf die Oberseite 22 des Ventiltellers 16 zu drücken. Diese Anordnung gewährleistet, daß der Dichtungsring 20 die Fläche 22 zur gleichen Zeit berührt, wenn der Dichtungsring 17 die Fläche 18 berührt, selbst wenn die Abmessungen der Dichtungsringe auf Grund von Abnutzungen sich ändern, so daß die erforderliche Dichtung zwischen den Dichtungsringen und den entsprechenden Flächen aufrechterhalten wird. Zwischen der Scheibe 35 und dem Ring 36 wird durch einen Dichtungsring 39 eine Dichtung hergestellt.

Wenn das Gasauslrittsventil 13 in Schließstellung ist, ist die dadurch gebildete Steuerkammer 23 an die Atmosphäre angeschlossen, um zu verhindern, daß sich ein Druck in der Steuerkammer 23 aufbaut, falls zwischen den Abdichtungen ein Leck auftritt. Die Entlüftung der Steuerkammer 23 führt über die Leitung 40, den in einer der Stangen 33' ausgebildeten Kanal 41, den im Teil 32 vorhandenen Kanal 42 und die Leitung 43 zur Wasseroberfläche.

Die Vorrichtung zur Bewegung des. Gasaustrittsventils 13 in Schließstellung weist eine Leitung 50 auf, die fest mit den Scheiben 34 und 35 verbunden ist und mit ihrem kolbenförmigen Ende abwärts in einen Zylinder 51 hineinragt, der in dem Verbindungsglied 15 ausgebildet ist. Das GasaustritLsventil 13 bewegt sich gegenüber der Leitung 50 aus einer unteren Stellung nach oben durch Einblasen komprimierter Luft .in den Zylinder 51 über die Leitung 50 und die öffnung 52. Die komprimierte Luft beaufschlagt die obere Fläche des Zylinders 51, um das Gasaustrittsventil 13 nach oben zu bewegen. Die Luft wird in die Leitung 50 über die Leitung 53, den in einer der Stangen 33' ausgebildeten Kanal 54, den im Teil 32 ausgebildeten Kanal 55 und die Leitung 56 eingeblasen, welche bis zu einer an der Wasser-

.55 oberfläche liegenden Druckluftquelle 57 führt. Im Ventilteller 16 und in dem unteren Ende der Leitung 50 sind Dichtungsringe 57' und Lager 58 angeordnet, um ein Gleiten des Gasaustrittsventils 13 gegenüber der Leitung 50 zu ermöglichen. _r

Die Vorrichtung wird vorzugsweise periodisch betätigt, so daß akustische Impulse wiederholt, beispielsweise mit einer Periode von einem Impuls in jeweils 6 Sek., erzeugt werden. Eine Mehrzahl von Nocken 60 bis 63, welche von einem Motor 64 angetrieben werden, betätigt in einer bestimmten Reihenfolge Schalter 65 bis 68 innerhalb jeder Periode, um die verschiedenen Teile der Vorrichtung zu steuern. Der Arbeitsablauf während einer Periode

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wird mit der Annahme beschrieben, daß gerade ein Größenordnung von 19 mm. Das Volumen der

akustischer Impuls erzeugt worden ist und das Gas- Druckgaskammer 10 hat die Größenordnung von

austritlsventil 13 sich in Üffnungsstellung· befindet. 37,2 dm³. In dieser Anordnung kann die Druckgas-

Zu diesem Zeitpunkt ist das Steuerventil 24 innerhalb kammer 10 bis zu einem Wert in der Größenordnung

der Druckgaskammer 10 geschlossen, ebenso wie die 5 von 21 kg/cm² Überdruck zur Erzeugung eines aku-

Solenoidvcntile 69 bis 71, die den Luftzustrom in die stischen Impulses beaufschlagt werden.

Druckgaskammcr 10 und aus dieser heraus steuern. Wie bereits angedeutet, sind Mittel vorgesehen, um

Wie bereits erwähnt, führt die Freisetzung der Sekundärdruckimpulse zu vermindern, die gewöhn-Druckluft in das Wasser zur Bildung einer großen lieh auf Grund der Schwingung der Gasblase ent-Luftblasc,' die vollständig das Auslaßende 12 der io stehen, die nach dem Freisetzen des unter Druck Druckgaskammcr 10 umgibt. Während die Luftblase stehenden Gases in das Wasser gebildet worden ist. noch das Auslaßende .12 umschließt und noch vor der Zu diesem Zweck ist eine Mehrzahl von Leitungen Zeit, in welcher die Luftblase forttreibt, wird das 80 (s. Fig. I) vorgesehen, welche Strömurigswege Gasauslrittsventil 13 in Schließstellung bewegt, um zwischen der gebildeten Gasblase und der Wasserdas Wasser am Eintreten in die Druckgaskammer 10 15 oberfläche bilden, um die unerwünschten Sekundärzu hindern. Hierzu schließt der" Nocken 60 zunächst druckimpulse zu verringern. Die oberen Enden 81 der den Schalter 65, um das Ventil 69 zu öffnen, so daß Leitungen 80 sind zur Wasseroberfläche hin offen, Druckluft von der Quelle 57 in die Kammer 51 ein- und die unteren Enden 82 reichen bei Ausdehnung treten kann und das Gasaustrittsventil 13 in die der Gasblase in diese hinein. Die Ventile 83 sind Schließstellung bewegt. Danach schließt der Nocken 20 gewöhnlich geschlossen- und die Leitungen 80 im 61 den Schaller 66, der das Ventil 70 öffnet, um der wesentlichen frei von Wasser. Die Ventile werden Druckluft aus der Quelle 57 zu ermöglichen, über die geöffnet, wenn die Blase die unteren Enden der Lei-Leitung 72 in die Druckgaskammer 10 einzufließen. tungen einhüllt, um eine Mehrzahl von Strömungs-Nachdcm der Druck in der Kammer 10 ausreicht, um wegen zwischen der Blase und der Wasseroberfläche, das Gasaustrittsventil 13 in Schließstellung zu halten, 25 herzustellen und damit die Bildung von hohen gestattet der Nocken 60 die Öffnung des Schalters 65, Drücken in der Blase anschließend an die Ausdehwodurch der Zustrom von Luft in die Kammer 51 nung zu verhindern.

unterbrochen wird. Gleichzeitig oder kurz danach In gewissen Tiefen, in denen seismische Störungen schließt der Nocken 62 den Schaller 67, um das für seismische Untersuchungen erzeugt werden, Solenoidventil 71 zur Entlüftung der Kammer 51 zur 30 nimmt der Innendruck der Blase bis unter den. Atmosphäre hin über die Leitung 56,73 und das Atmosphärendruck ab. Unter diesen Umständen weroffene Ventil 71 zu ermöglichen. Wenn der Druck in den die Ventile 83 geöffnet, wenn der Innendruck· der der Druckgaskammer 10 auf einen gewünschten Blase auf einen gewissen Wert unter Atmosphären-Höchstwert ansteigt, ermöglicht der Nocken 61 die druck abgesunken ist, um den Zutritt von Luft von öffnung des Schalters 66, wodurch das Ventil 70 35 der Wasseroberfläche in die Blase zu ermöglichen, schließt, um den Zustrom von Luft in die Druckgas- Auf diese Weise wird die Schwingungsamplitude der kammer 10 zu unterbrechen. Zusätzlich wird durch Blase verringert und damit auch die sekundären den Nocken 62 die öffnung des Schalters 67 ermög- Druckimpulse.

licht, so daß das Ventil 71 schließt. Schließlich . Zum Steuern des öffnens und Schließens dieser schließt der Nocken 63 den Schalter 68, so daß das 40 Ventile sind Federn vorgesehen. Wie F i g. I zeigt, ist Steuerventil 24 in der Druckgaskammer 10 öffnet an einer Leitung 80 ein Ventil 83 bei 84 angelenkt und den Zustrom von Druckluft aus der Druckgas- und auf eine Schließstellung durch eine Feder 85 vorkammer 10 über die Leitung 74 in die Stcuerkammer gespannt. Wenn der Druck in der Blase 13' auf einen 23 ermöglicht, so daß das Gasaustrittsventil zur Er- gewissen Wert unterhalb des Atmosphärendruckes zeugung eines akustischen Impulses betätigt wird. 45 sinkt, wird der Druck auf die Oberseite des Ventils Der innere Durchmesser der Leitung 40 ist kleiner ausreichend groß, um die aufwärts gerichtete, von der als der der Leitung 74 und der öffnung des Steuer- Feder ausgeübte Kraft zu überwinden und das Venventils 24. Dadurch steigt der Druck in der Steuer- til in Öffnungsstellung zu drücken,
kammer 23 auf einen Wert an, der ausreicht, um die An Hand der F i g. V wird eine weitere Ausfühaufwärts gerichtete Überschußkraft am Gasaustritts- 50 rungsform der Erfindung beschrieben, bei welcher ventil 13 zu überwinden, so daß die Dichtung zwi- ein brennbares Strömungsmittel, wie z.B. Dieselöl, sehen der Stcuerkammer und dem Gasaustrittsventil in eine Druckgaskammer 100 eingeführt und gezünunterbrochcn wird. Die Druckluft in der Druckgas- det wird, um einen hohen Gasdruck auf Grund der kammer 10 zwingt das Gasaustriltsventil 13 dann in Verbrennung in der Kammer zu erzeugen. Wenn der kürzester Zeit nach unten und die Druckluft wird 55 Druck einen Höchstwert im wesentlichen erreicht hat, schnellstens in das Wasser zur Erzeugung eines aku- wird ein schnellöffnendes Gasaustrittsventil 101 bestischen Impulses freigesetzt. tätigt, um das Auslaßende 102 der Kammer zu öffnen

In einer praktischen Ausführungsform sind die und den Austritt des Gases in das Wasser zur Erzeu-

Ventile 24 und 69 bis 71 mit Federvorspannung gung eines akustischen Impulses zu ermöglichen,

arbeitende, solcnoidbetäligte Ventile. Der Ventilteller 60 Für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vor-16 des GasaustriUsventils 13 hat einen Durchmesser' zugsweise Dieselöl verwendet, da es leicht erhältlich

von 178 mm. Der Dichtungsring 17 hat einen Innen- ist und benutzt werden kann, um zur Erzeugung aku-

durchmesser von 149 mm und einen Außendurch- stischer Impulse sehr hohe Drücke hervorzurufen,

messer von 156 mm. Der Außendurchmesscrdes Ver- Bei der Vorrichtung nach Fig. V werden Dieselöl

bindungsgliedes 15 ist 51mm. Außerdem hat der 6₅ und Luft getrennt in die Druckgaskammer 100 ein-

Diditungsring 20 einen Innendurchmesser von gespritzt bzw. -geblasen, so dall eine brennbare

171mm und einen Aiißendurclimcsscr von 178 mm. Mischung entsteht, die gezündet wird. Die unter

Der Außcncluiclimcsser der Leitung 50 liegt in der Druck stehende Luft wird in die Druckgaskammcr,

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von einem Luflverdichter 103 über eine Leitung 104 eingeblasen. Danach wird unter Druck stehendes Dieselöl in die Druckgaskammer in einer kurzen Zeitspanne durch eine Mehrzahl von Düsen 105 (s. Fig. VI) eingespritzt. Das Dieselöl wird in der Druckgaskammer mit der unter Druck stehenden Luft zur Bildung eines Brennstoff gemisches vermischt, das durch Heizelemente 106 gezündet wird. Nach Zündung des brennbaren Gemisches aus Dieselöl und Luft steigt der Druck in der Druckgaskammer an. Bei Anwachsen des Druckes auf einen Höchstwert wird das Solenoidventil 107 geöffnet, um das Gasaustrittsventil 101 zur Erzeugung eines akustischen Impulses zu betätigen, wie anschließend beschrieben wird.

Zu diesem Zweck ist das Gasaustrittsventil 101 als Differentialkolben ausgebildet und mit einem unteren Ventilteller 108 versehen, der durch das Verbindungsglied 109 mit einem größeren oberen Ventilteller 110 verbunden ist. Der untere Ventilteller 108 bewegt sich in einem unteren Zylinder 111 hin und her und ist mit einem Metalldichtungsring 112 verbunden, der eine Dichtung . zwischen dem Auslaßende 102 der Druckgaskammer 100 und dem Gasaustrittsventil 101 bildet, wenn das Ventil in Schließstellung ist. In gleicher Weise bewegt sich der obere Ventilteller 110 in einem oberen Zylinder 113 hin und her und ist mit einem Metalldichtungsring verschen, um eine Dichtung zwischen dem Teil 115 der Druckgaskammer 100 und dem oberen Ventilteller herzustellen, wenn das Ventil geschlossen ist. Der obere Ventilteller 110 ist etwas größer im Durchmesser als der untere Ventilteller 108, so daß er eine größere Innenfläche für die Einwirkung von Druck parallel zur Vcntilachse aufweist. Die Durchmesserverhältnissc der beiden Ventilteller sind klarer aus der F i g. VI zu entnehmen, in welcher die äußere Umfangkontur "des oberen Ventiltellers 110 durch die punktierte Linie 110' zu Vergleichszwecken dargestellt ist. Eine Rückführfeder 116 ist als Schließvorrichtung für das Ventil 101 vorgesehen. Wenn das Gasaustrittsventil geschlossen ist, ist eine Steuerkammer 119, die gegen die Druckgaskammer 100 abgedichtet ist, zwischen dem oberen Flansch 120 und der Oberseite 121 des oberen Ventiltellers 110 vorhanden. Diese Steuerkammer ist durch eine kleine Leitung 122 an die Atmosphäre angeschlossen. Wenn daher die Druckgaskammer unter Druck steht und das Gasaustrittsventil 101 geschlossen ist, greift am Gasaustrittsventil eine aufwärts gerichtete Überschußkraft an, die das Ventil in Schließstellung zu halten sucht. Wenn der Druck in der Druckgaskammer 100 seinen Höchstwert erreicht, nachdem das Brennstoffgemisch gezündet worden ist, wird das Solenoidsteuerventil 107 geöffnet, um dem unter Druck stehenden Gas in der Druckgaskammer 100 über die Leitungen 123 und 124 Zugang zu der Steuerkammer 119 zu verschaffen. Wenn der Druck in der Steuerkammer 119 ausreicht, um die Kraft der Rückführfeder 116 und die Kraft zu überwinden, die durch den Unterschied in der Größe der beiden Ventilteller erzeugt wird, beginnt das Gasaustrittsventil 101 sich in Abwärtsrichtung zu bewegen. Zusätzlich wird, wenn der Dichtungsring am oberen Ventilteller 110 über die Öffnungen 125 hinweggeht, die im oberen Zylinder 113 ausgebildet sind, der Druck auf beiden Seiten des Ventilteller mehr oder weniger ausgeglichen. Dadurch wird eine große, abwärts gerichtete Kraft auf das Gasaustriltsvcnlil 101 durch das unter Druck stehende Gas in der Druckgaskammer ausgeübt. Wenn der Dichtungsring am unteren Ventilteller 108₄ über die Entlüftungsöffnungen 126 hinweggeht, die im unteren Zylinder 111 ausgebildet sind, wird der Druck in der Druckgaskammer 100 in das Wasser zur Erzeugung eines akustischen Impulses freigesetzt. Das Gasaustrittsventil wird durch eine einen hydraulische Stoßfänger enthaltende Bremseinrichtung 127 angehallen und durch die Rückführfeder 116 in Schließstellung zurückbewegl. Hydraulische Stoßfänger, welche Kammern 128, Federn 129 und Verbindungsglieder 129' aufweisen, sind im oberen Abschnitt der Druckgaskammer vorgesehen und verlangsamen die Rückbewegung des Gasanstrittsventils während des Schließens.

Die Vorrichtung zum Einspritzen des Dieselöls in die Druckgaskammer 100 durch die Düsen 105 weist einen Sammler 130 auf, in den das Dieselöl durch die Pumpe 131. die an den Vorratsbehälter 132 angeschlossen ist. unter Druck eingepumpt wird. Der Sammler 130 ist seinerseits über einen Verteiler 133 und die Leitungen 134 (s. F i g. VI) an die Düsen 105 angeschlossen. Das unter Druck stehende Dieselöl

»5 wird in die Kammer 100 nur während einer kurzen Zeitspanne eingespritzt, um die gewünschte brennbare Mischung herzustellen. Die Leitungen 134 haben alle die gleiche Länge, um zu gewährleisten, daß dieselbe Menge Öl gleichzeitig durch alle Düsen 105 ein-' gespritzt wird.

In der Vorrichtung ist ein Rohr 140 vorgesehen, das zusätzlich das Gasaustrittsventil 101 und die Rückführfeder 116 trägt. Lager 141 sind zwischen dem Rohr 140 und dem Verbindunsglied 109 angeordnet. Ein schmierendes Strömungsmittel wird zwischen den Lagern durch Leitungen 142 umgewälzt. Stangen 143 sind zwischen dem oberen und dem unteren Ventilteller des Gasaustrittsventils 101 zur zusätzlichen Abstützung angeordnet.

Wie bei der Vorrichtung nach Fig. III wird die Vorrichtung nach Fig. V periodisch betätigt, um mit Wiederholungen akustische Impulse zu erzeugen. innerhalb jedes Zyklus betätigen die Nocken 150 bis 152, die von einem Motor 153 angetrieben werden, die Schalter 154 bis 156, um die verschiedenen Teile zur Erzeugung eines akustischen Impulses zu steuern. Die Reihenfolge der Vorgänge während einer Periode wird jetzt unter der Annahme beschrieben, daß ein akustischer Impuls gerade erzeugt worden ist und das Gasaustrittsvenlil 101 in seine Schließstellung zurückgekehrt ist. In diesem Zeitpunkt ist das Solenoidsteuerventil 107 geschlossen, ebenso wie die Solenoidventile 157 und 158.

Bei der Erzeugung eines akustischen Impulses

schließt der Nocken 150 zunächst den Schalter 154, um das Ventil 157 zu öffnen, wodurch Druckluft in die Druckgaskammer 100 einströmen kann. Danach betätigt der Nocken 151 den Schalter 155. um damit das Ventil 158 für eine vorher bestimmte Zeitspanne

zu öffnen, welche die Größenordnung von V₄ Sek. haben kann, wonach das Ventil 158 wieder schließt. Wie erwähnt, wird Dieselöl unter Druck in die Druckgaskammer 100 durch die Düsen 105 eingespritzt, vermischt sich dort mit unter Druck stehender Luft und wird durch die Heizelemente 106 gezündet. Wenn der Druck auf einen gewünschten Höchstwert angewachsen ist.— die hierfür erforderliche Zeit läßt sich versuchsweise. bestimmen —, schließt der Nocken

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152 den Schalter 156, so daß sich das Solenoidsteuerventil 107 öffnet, um das Austreten des in der Druckgaskamraer unter Druck stehenden Gases in das Wasser zur Erzeugung eines akustischen Impulses, wie oben beschrieben, zu ermöglichen. Nach Erzeugung des akustischen Impulses stößt die Rückführfeder 116 das Gasaustrittsventil 101 in die Schließstellung. Dies geschieht, während die erzeugte Gasblase das Auslaßende 102 der Druckkammer 100 umschließt, und noch vor der Zeit, in der die Gasblase fontreibt. .-..-■■

Für die Erzeugung akustischer Impulse ist es bei der Vorrichtung nach der F i g, V erwünscht, in der Kammer Überdrücke von bis zu 35 kg/cm^:i zu erzeugen. Die erwähnten Heizelemente 106 können elektrische Spulen sein, die ununterbrochen erregt sind. Ferner können entsprechende Mittel vorgesehen sein, um die Abgase aus der Kammer auszuspülen. Zum Beispiel können, nachdem das Gasaustrittsventil 101 geschlossen worden ist, und während das Ventil ao 157 sich während der nächsten Periode öffnet, andere mit der Druckgaskammer 100 verbundene, nicht dargestellte Ventilvorrichtungen kurzzeitig geöffnet werden, um den Eintritt von frischer Luft zur Ausspülung der Abgabe zu ermöglichen.

In Fig. VII ist eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. V dargestellt, wobei Luft und Dieselöl in Reihenfolge in die Druckgas-• kammer 100 eingeblasen bzw. eingespritzt werden, um ein Brennstoff gemisch zu bilden, welches durch eine Zündkerzenanordnung gezündet wird. Wie in der Vorrichtung nach F i g. V wird die Druckluft zunächst in die Druckgaskammer eingeblasen. Danach wird Dieselöl durch Düsen 105 innerhalb einer kurzen Zeitspanne eingespritzt. Am Ende der Dieselöleinspritzung wird das Ventil 160 geöffnet, damit ein brennbares Gas, wie z. B. unter Druck stehendes Propangas aus einem Vorrat 161, durch die Düsen 162 in die Druckgaskammer 100 einströmt. Gleichzeitig mit der Betätigung des Ventils 160 oder kurz danach wird die Zündkerze 163 durch einen Impulsgeber 164 erregt, um das Propangas zu zünden und eine Temperatur zu erzielen, die ausreicht, um die Brennstoffmischung aus Dieselöl und Luft zu zünden. Das Solenoidsteuerventil 107 (Fig. 5) wird in der gleichen Weise betätigt wie im Zusammenhang mit der Arbeitsweise der Vorrichtung nach F i g. V beschrieben worden ist, um das Gasaustrittsventil 101 zu betätigen und dem in der Druckgaskammer unter Druck stehenden Gas den Austritt in das Wasser zur Erzeugung eines akustischen Impulses zu ermöglichen.

Obwohl nur eine Zündkerzenanordnung in Fig. VII dargestellt ist, kann eine Mehrzahl von Zündkerzen und Propandüseh verwendet und gleichzeitig betätigt werden, um die Verbrennungsgeschwindigkeit und damit den Druck in der Druckgaskammer 100 zu steigern. In den Vorrichtungen nach F ig. V bis VII wird Dieselöl.und Luft getrennt in die Druckgaskammer eingespeist, um darin ein brennbares Gemisch zu bilden. Ein solches brennbares Gemisch kann jedoch auch zuerst hergestellt und dann in die Druckgaskammer eingespeist werden, um dort z. B. durch eine Anordnung, wie in Fig. VIl dargestellt, gezündet zu werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Seeseismische Vorrichtung zum Erzeugen von Schallimpulsen unter Wasser, mit einer starren Druckgaskammer, die einen Auslaß für das unter Druck gesetzte Gas hat und der eine Einrichtung zum Erzeugen des Gasdruckes in der Kammer zugeordnet ist, gekennzeichnet, durch ein an der Druckgaskammer (10, 100) angeordnetes, nach außen öffnendes Gasaustrittsventil (13,101), welches mit Hilfe des Gasdruckes schnell und in kurzen Zeitabständen zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung bewegbarist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasaustrittsventil (13, 101) durch einen von dem Druckgas beaufschlagbaren Differentialkolben (14, 16; 108, 110), eine dem Druckgas . zugängliche Steuerkammer (23, 119) sowie durch eine mit Druckgasenergie (15,50) oder mit bei dem Öffnungsvorgang gespeicherter Rückstellenergie (116) arbeitende Schließvorrichtung bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben von einem als Ventil-Verschlußstück dienenden Ventilteller (14,108), einem Verbindungsglied (15, 109) und einem zweiten größeren Ventilteller (16,: 110) gebildet wird. .;■-.,,

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teller (16, 110) bei geschlossener Ventilstellung . die Steuerkammer (23,119) abdichtend begrenzt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdichtung (20) zwischen dem größeren Teller (16) und der Steuerkammer (23) elastisch gelagert ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkämmer (23,119) durch ein Steuerventil (24, 207) mit der Druckgaskammer (10,100) verbindbar ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (13, 101) in seiner Offenstellung von einer Bremseinrichtung (25,127) aufgenommen wird.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließvorrichtung aus einer dmckgasbeaufschlagbaren Kolben/ Zylinder-Einrichtung (15, 50) besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben/Zylinder-Einrichtung (15,50) innerhalb des Verbindungsgliedes (15) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließvorrichtung aus einer Feder (116) besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen