SU858580A3

SU858580A3 - Device for generating acoustic impulses in liquid medium

Info

Publication number: SU858580A3
Application number: SU762345908A
Authority: SU
Inventors: П.Паску Адриен; Дави Шадвик
Original assignee: Сосьете Пур Ле Девелоппеман Де Ля Решерш Апплике (Фирма)
Priority date: 1975-04-18
Filing date: 1976-04-16
Publication date: 1981-08-23
Also published as: DE2616959C2; DE2616959A1; GB1538279A; JPS51139318A; BR7602346A; CA1070819A; JPS5653760B2

Abstract

There is provided a method for generating an acoustic impulse by propelling, at a very-high velocity, along a predetermined trajectory, a main liquid jet into a liquid body. The jet is propelled by a force field which is stopped substantially instantaneously. For very high-power impulses the jet's kinetic energy is such as to create a cavity followed by an implosion in the liquid body. Preferably the main liquid jet is split into at least two branch liquid jets which are deflected. Each branch jet can also have sufficient kinetic energy to create an implosion. The generator comprises a housing defining a slug chamber which, when the housing is submerged in the liquid body, entraps a liquid slug therein. The slug chamber has an exit port communicating with the liquid body. Means are coupled to the liquid slug for propelling a main liquid jet along a predetermined trajectory. Desirably the generator also includes jet splitting means for splitting the main liquid jet into at least two branch liquid jets, and diverting means for diverting the branch liquid jets in a plane which is inclined relative to the trajectory of the main jet.

Description

внутри сильно экранирующего цилиндра возникновение реактивного толчка, заставл ющего сильно ут жел ть конструкцию , дл предотвращени его вредного вли ни , и возникновение кавитационных эффектов, также застав л ющих повышать прочность конструкции . Цель изобретени - создание генератора , обладающего большей мощность легкостью конструкции и отсутствием кавитационного воздействи на его детали, кроме того устранение реактивного эффекта, возникающего при работе генератора. Генератор выбрасывает в окружающую воду струю воды под большим давлением и с большой скоростью. Вернее это даже не стру ,, а жидкостна пул (или несколько пуль), котора вылетает из полости генератора и взрываетс на рассто нии от него. Взрыв происходит благодар тому, что давление внутри этой пули значительно выше давлени окружающей воды. Таким образом, акустический импульс происходит не внутри генератора, а снаружи, что существенно повышает его мощность и устран ет кавитацию. Цель достигаетс тем, что генера тор представл ет собой конструкцию, состо щую из двух, размещенных в одном корпусе, цилиндров, расположе ных вертикально на одной оси. Внутр цилиндров расположены поршни, соединенные общим штоком. Верхний цилиндр и поршень служат дл приведени в движение нижнего поршн , дл чего в верхний цилиндр при помощи системы клапанов подаетс сжатый во дух или иной инертный газ. Нижний цилиндр снабжен особой ко струкции выпускным окном, расположенным в нижней торцовой части цили дра. Нижний цилиндр в исходном поло жении заполн етс водой, котора и выбрасываетс через это выпускное окно, образу жидкостную пулю. Вы пускное окно образуетс коническим бортиком, идущим по внутренней пове хности нижней кромки цилиндра, причем площадь сечеки окна значительн меньше площади внутреннего сечени самого цилиндра. Этот бортик вл ет с седлом поршн , работающего в конце своего пути подобно клапану, замыкающему выпускное окно. Замыкание выпускного окна происходи51 благодар особой конфигурации нижней части поршн , котора повтор ет конфигурацию выпускного окна и имеет специальный выступ, плотно вх д щий в окно. Верхн часть нижнего цилиндра также имеет окно конструкции, анало гичной конструкции нижнего выпускного окна. Верхн часть нижнего поршн выполнена так, что ее конфиг аци соответствует конфигурации того верхнего окна, площадь сечени оторого также значительно меньше лощади сечени самого нижнего цилинра . Через это верхнее окно нижний илиндр сообщаетс с верхним и окно лужит дл резкой передачи давлени жатого газа на нижний поршень. Верхний цилиндр представл ет собой три стакана, концентрически вставленные один в другой так, что внутренний стакан служит направл ющим дл верхнего поршн , средний вл етс коллектором сжатого газа, двигающего верхний поршень, наружный вл етс коллектором сжатого газа , воздействующего на нижний поршень . Конструкци верхнего цилиндра может быть и иной, так как этот цилиндр служит в основном дл перемещени нижнего, рабочего поршн и, следовательно , его конструкци не вли ет на принцип работы генератора. Предложенна конструкци позвол ет как бы свернуть длинный верхний цилиндр и сделать конструкцию более компактной . Одной из важнейших частей генератора вл етс дефлектор, который надеваетс на выпускное окно нижнего цилиндра. Он представл ет собой заслонку , преп тствующую пр молинейному движению струи воды, вьабрасываемой из генератора. Заслонка снабжена отверсти ми, раздел ющими эту струю минимум на две, противоположно направленные под углом до 90° к оси генератора, струи. Этим устройством устран етс один из важнейших недостатков известных Конструкций - реактивна отдача струи. Генератор снабжен также клапаном , расположенным в верхней части генератора, и служащим дл переключени подачи сжатого газа, управл ющего движением поршней. Клапан состоит из небольшого цилиндра и штока с поршнем, который работает как золотник . Шток проходит своим нижним концом в полость верхнего цилиндра и перемещаетс вверх в момент, когда верхний поршень передвигаетс в верхнее крайнее положение и упираетс своей верхней частью в нижнюю часть штока клапана. На фиг.1-4 изображены разрезы сбоку одного из вариантов генератора, показывающие различные положени его элементов в процессе работы и конфигурацию производимых генератором струй воды; на фиг.5 - прорыв окружающей воды в сферическую полость, образуемую внутри расшир ющейс жидкостной на фиг.б - эффект отдачи направленного внутрь взрыва; на фиг,7 - эффект упругого сжати , вызываемый скошенными поверхност ми поршн и выпускного окна; на фиг.8 - зависимость между площадью поперечного сечени выпускного окна и скоростью получаемой вод ной струи на фиг.9,11 - генератор, снабженный дефлектором, разрез; на фиг.10 разрез А-А на фиг.9; на фиг.12 - раз рез Б-Б на фиг.11; на фиг.13 - гене ратор и полости, образующиес в глав ной и расщепленных стру х; на фиг.14 те же полости, что на фиг.13, вид сверху; на фиг.15 - генератор с дефлектором в момент подн ти поршн ; на фиг. 16 - обобщенна форма волны давлени , получаемого посредством им пульсного генератора; на фиг.17 - то же, усредненный вариант; на фиг.18 контролируема форма волны на заданном рассто нии от места взрыва дл генератора без дефлектора; на фиг.19 контролируема форма волны на заданном рассто нии от места взрыва дл генератора с дефлектором;на фиг.20 крива пр мой волны, полученной посре дством генератора с дефлектором; на фиг.21 - крива пр мой волны вблизи места взрыва после отражени от поверхности воды; на фиг.22 - крива н ложенной формы волны вблизи места взрыва; на фиг.23 - крива давлени , полученного от генератора без расшир тельной камеры; на фиг.24 - крива давлени дл генератора с расширительной камерой; на фиг.25 - использование устройства дл проведени сейсмической разведки под водой; на фи-г.26 использование устройства дл расщеплени и отклонени струи пара, дл генераторов, работающих на перегретом паре. Акустический генератор (фиг.1-4) включает корпус 1, состо щий из верхнего цилиндра 2 и нижнего цилиндра 3 Нижний цилиндр снабжен седлами 4 и 5 дл соответствующих им верхней и нижней частей нижнего поршн б, наход щегос в нижнем цилиндре 3. Седла образуют верхнее 7 и нижнее 8 окна, которые имеют скошенные поверхности, соответствующие форме верхней и нижней частей поршн 6. Поршень 6 снабжен уплотнительным кольцом 9. Верхний цилиндр состоит из двух концентрических стаканов внутреннего 10 и промежуточного 11, которые также концентрически вставлены в наружный стакан, вл ющийс корпусом цилин дра 3. Внутренний стакан 10 образует каме ру 12, в которой помещаетс верхний поршень 13, снабженный уплотнительным кольцом 14. Верхний и нижний поршни св заны между собой жестким штоком IS Верхн часть камеры 12 внутреннег стакана 10 имеет вентил ционное отвер стие 16, сообщающеес с забортной водой , отверстие (с уплотнением) 17 дл прохода штока 18 клапана 19, и от верстие 20 дл сообщени посредством клапана 21 (предпочтительно электромагнитного ) с кс1мерой 22, образованной наружной стенкой верхнего цилиндра 2 и промежуточным стаканом 11. Верхн часть камеры 23, образованной стенками внутреннего стакана 10 и промежуточного стакана 11, имеет отверстие 24 дл сообщени с верхней частью клапана 19 и с компрессором 25, подающим сжатый воздух через клапан 26 в генератор. Камера 22 может сообщатьс с полостью 27 нижнего цилиндра (фиг.2), образующейс за опускающимс поршнем б, через окно 7. Сообщающиес камеры 12 и 23 изолированы от камеры 22 специальным уплотнением 28. Кроме того, камера 22 имеет отверстие 29, через которое она сообщаетс с нижней частью клапана 19 и компрессором 25. Полость 27 нижнего цилиндра имеет отверстие 30, через которое она сообщаетс с забортной водой через расширительную камеру 31 и небольшое вентил ционное отверстие 32 в самой расширительной камере. 33- основна стру воды, производима генератором, 33.1 - 33.4 ответвленные струи воды, 34 - основна внутренн полость, 34.1-34.4 побочные полости. Генератор содержит все необходимые узлы и элементы дл создани импульса гораздо более мощного, чем у известного устройства и не претерпевает кавитационного воздействи взрыва , который происходит вне генератора . Желательно, чтобы генератор оканчивалс дефлектором, который может быть съемным. На фиг.9-15 показано устройство и действие дефлектора 35, который в простейшем виде может представл ть собой плоскую или коническую плиту, установленную на рассто нии от выпускного окна В. Предпочтительно , чтобы дефлектор представл л собой полый стакан, имекиций в стенках 36 два или более отверсти 37, разнесенных по окружности напротив друг друга. Оптимальное число отверстий четыре и разнесены они должны быть примерно на 90 по окружности стенки дефлектора. Дл подготовки генератора к работе (фиг.1), где генератор изображен в исходном дл возбуждени импульса положении, его погружаю в воду выпускным окном 8 вниз и открывают регулировочный клапан 26 с целью подачи сжатого воздуха в камеры 23 и 12 через отверстие 24 из компрессора 25. Поданный воздух заставл ет порень 13 зан ть взведенное положение, при котором шток 18 клапана 19 подн т и открытый клапан 19 подает давение в камеру 22 (направление двиени сжатого воздуха- показано стрелнами ). Нижний поршень также занимает крайнее верхнее положение и нижний цилиндр заполн етс забортной водой. Генератор готов к работе. Дл генерации импульса необходимо открыть электромагнитный клапан 21, после чего верхние части камеры 12 и камеры 23 получают между собой пр мое сообщение. Давление из камеры 22 передаетс в камеру 12 и на поршень 13. Это давление суммируетс с давлением, уже воздействующим через окно 7 на поршень 6 из камеры 22,и заставл ет систему, состо шцую из поршн 12, штока 15 и поршн б, начать движение вниз.{Указанную систему будем в дальнейшем дл краткости именовать затвором). Когда нижний поршень сдвинетс со своего верхнего седла 4, то площещь, на которую воздействует давление из камеры 22 резко, скачком, возрастает Соответственно.возрастает и усилие, воздействующее на затвор, заставл его резко, рывком, опускатьс вниз, выталкива воду через выпускное окно 8 (фиг.2). В конце пути поршень 6 замыкает выпускное окно 8 специальным цилиндрическим выступом (фиг.3). Высокое давление начинает дросселироватьс через отверстие 30 в расширительную камеру 31 и оттуда через отверстие 32 в забортную воду. Скошейна . поверхность седла 5 выпускного окна 8 имеет весьма важное значение. До того как коническа поверхность нижней части поршн б приблизитс к конической поверхности седла 5, вода беспреп тственно выходит через выпускное окно 8. Однако, когда эти поверхности начинают сходитьс , кольцо воды 38 (фиг.3,7 и 8 оказываетс захваченным между двум этими поверхност ми и начинает работать как амортизатор, преп тству удару поршн о седло. Скорость выхода вод ной струи 33 зависит от диаметра выпускного окна 8 и скорости перемещени затвора. Быстро движуща с стру отрываетс от генератора (фиг.З) и образует близкую к цилиндрической полость 39 а затем близкую к сферической полост 40 (фиг.4). Эта полость, благодар высокому внутреннемудавлению,п6лученному еще внутри генератора, расшир тс и прорываетс далее заполн ющей tee забортной водой. Сначала пр исходит двухмерный,, а потом и трехмерный взрыв полости на значительно рассто нии от генератора (фиг.З и 6 Акустическа энерги , создаваема двухмерным взрывом (фиг.З), прибл зительно пропорциональна квадрату скорости струи, а акустическа энер ги от трехмерного взрыва (фиг.4 и приблизительно пропорциональна кубу .скорости струи. Таким образом, скорость струи, котора определ етс отчасти площадью поперечного сечени выпускного окна 8, играет главенствующую роль в определении количества энергии акустического импульса, получаемого от генератора. Кроме того, чем выше скорость струи, тем дальше от генератора происходит взрыв, что лучше и с конструктивной точки зрени , поскольку когда взрыв происходит между элементами кон-, струкции генератора, это вызывает усталость металла. Во всех известных в насто щее врем подобных конструкци х импульсы были либо двухмерными, либо трехмерньаш но всегда происходили внутри генераторов, значительно сокраща тем самым срок службы устройства , не говор уже об очевидном значительном ослаблении мощности импульса . Когда затвор останавливаетс ,замкнув выступом поршн б выпускное окно 8 (фиг.З), камера 27, расположенна над поршнем б, камера 12 (ее верхн часть, раеЛоложенна над поршнем 13) и камера 31 продолжают вентилироватьс в забортную воду до тех пор, пока противодавление в камере 23 не превысит давлени в вентилируемых камерах. После этого затвор начнет подниматьс вверх (фиг.4). Путем подбора размеров или регулировки просветов вентил ционных отверстий 32 И 16 можно регулировать скорость возврата затвора во взвешенное положение и тем самым регулировать частоту импульсов. Когда затвор занимает исходное крайнее верхнее положение (фиг.1), цикл повтор етс снова. Таким образом , генератор работает в автоматическом режиме. Взрыв происходит весьма быстро, даже раньше начала обратного хода затвора (фиг.4 и 5). Без расширительной камеры 31 полость 27 вентилировалась бы непосредственно в забортную воду в точке, слишком близко расположенной к месту взрыва, и выход щий воздух действовал бы как поглотитель акустической энергии воды под высоким давлением, что ослабл ло бы выходные акустические импульсы генератора.Различие сигналов, детектированных вблизи взрыва (известных как подписи давлени ), видно на фиг.23 и 24. Благодар наличию расширительной камеры 31, полость 27 сначала продуваетс в эту рас.ширительную камеру, в течение времени взрыва. Таким образом, то что венти;1 ционное отверстие 32 обращено наверх и находитс на большом рассто нии от места взрыва, улучшает подпись давлени , котора становитс более чистой , УЗКОЙ и большой при наличии камеры 31 (фиг.24), чем без камеры (фиг.23). При работе генератора без дефлек тора (фиг.1-4) после каждого срабат вани генератора возникает направле ное вверх реактивное усилие. Часто бывает желательно или необходимо ис ключить это направленное вверх реак тивное усилие, Кроме того, полость 39 (фиг.5) заполн етс водой под весьма большим давлением. Это создает в воде первичное сжатие 41 и, следовательно , акустический импульс. При таких давлени х вода в полости действует как пружина, котора после взрыва отдает, производ т вторичное сжатие (фиг.6) известное как пузырьковый импульс 42, который вл етс не желательным сейсмическим импульсом, также вызывающим отражени от лежащих внизу пород. Детектированные от раженные пузырьковые сигналы значительно усложн ют обработку сейсмических сигналов. Реактивное усилие и пузырьковые импульсы можно исключить или намног уменьшить при помощи дефлектора (фиг.9-15). Когда вод на стру 33, производима генератором, удар етс о плиту дефлектора 35, то если бы не был цилиндрической стенки 36, стру отклонилась бы по окружности во всех направлени х в плоскости, перпендикул рной продольной оси генератора. Ре.активные усили также находились бы в этой плоскости и стремились бы взаимно уравновеситс . Однако цилиндрическа стенка с отверсти ми разнесенными на 90° по окружности, позвол ет упор дочить движение струй и дает возможность сформировать равные по объему и действию взрывные полости. Главна стру 33 расщепл етс на четыре ответвленных струи 33.1-33.4 Внутри каждой струи образуютс полости 34.1-34.4 (фиг.13,14). Струи отрываютс от стенок дефлектора и формируют эти полости внутри своеобразных жидкостных пуль. Главна стру образует полость 34.4 еще внутри дефлектора как только она проходит через выпускное окно. Если использовать более четырех отверстий 37, то взрывы будут мешать один другому. Если использовать только два отверсти , то пузырьковые импульсы будут ослаблены недостаточно. При использо вании четырех отверстий наружные полости 33.1-33.4 не будут заметным образом мешать друг другу. Установлено, что внутр енн полость 34 заполн етс после полостей 34.1-34.4, так что внутренн полост поглощает массы воды под высоким давлением , которые в противном случае вызывали бы пузырьковые импульсы. Таким образом, расщепление основной ::труи 33 на четыре исключает или рущественно ослабл ет пузырьковые импульсы 42, которые чрезвычайно нежелательны при проведении сейсмических наблюдений. Функцию дефлектора можно иллюстрировать на примере взрыва, производимого генератором 43 пара (фиг.21), выпускающим перегретый пар в заборную воду. Перегретый пар выпускают посредством изолированной трубы 44, погруженной примерно на 3-5 м ниже поверхности воды. На конце трубы имеетс паровой клапан 45, периодичест ки эжектирующий шарик перегретого пара в воду с давлением примерно 90 бар при 100°С. Эжектирование пара из этого клапана вызывает два эффекта , он подвергаетс воздействию реактивного усили и отдачи. Путем окружени парового клапана 45 дефлектором 35 эжектируемые пузырьки пара будут располагатьс в плоскости , перпендикул рной к траектории из обычного выпуска и реактивное усилие будет уничтожатьс . Расщепление пузырька на четыре дает внутреннюю ролость и четыре наружных полости 46. И здесь прорыв во внутреннюю полость происходит после прорыва во внешние полости, благодар чему энерги отдачи взрывов пузырьков поглощаетс (фиг.14). Таким образом, дефлектор играет важную роль в работе генератора. Основные требовани дл образовани полости определ ютс услови ми, в которых происходит замедление и остановка порлан 6. С другой стороны ,, дл того, чтобы полость производила полезный импульс давлени 41, необходимо, чтобы скорость струи 33 (фиг.8) до остановки поршн была достаточно велика. Важно иметь в виду форму и характер сигналов общего давлени , возникающих под воздействием взрывного сжати . На фиг.16 показан сигнал общего давлени , или подпись давлени , в функции времени, измеренной на фиксированном рассто нии от места взрыва . Перва часть 1 этой- кривой показывает увеличение окружгиощего давлеНи Ph в жидкости, соответствующее продвижению струи 33. Избыточное давление достигает пиковой величины ЛРо и после этого давление уменьшаетс . Часть 2 этой кривой показывает, что когда поршень резко останавливаетс , давление уменьшаетс до тех пор, пока не станет отрицательным относительно гидростатического давлени . Это отрицательное давление соответствует формированию полости и увеличению ее объема, и продолжаетс до тех пор, пока разрежение не достигнет своего максимального значени дР . Когда объем полости станет максимальным, ее потенциальна энерги преобразуетс в кинетическую энергию взрыва. Часть кривой 3 отмечает высокий пик АР,(давлени взрыва), который соответствует максимальному давлению в окружающей воде в точке измерени . Этот момент соответствует взрыву полости , показанному на фиг.5.inside a strongly shielding cylinder, the occurrence of a reactive jolt, which causes a strong weakening of the structure, in order to prevent its harmful influence, and the occurrence of cavitation effects, which also cause an increase in the strength of the structure. The purpose of the invention is the creation of a generator with greater power, ease of construction and the absence of a cavitation effect on its parts, moreover, the elimination of the reactive effect that occurs when the generator operates. The generator discharges a jet of water under high pressure and at high speed into the surrounding water. Rather, it is not even a jet, but a liquid pool (or several bullets), which flies out of the generator cavity and explodes at a distance from it. The explosion occurs due to the fact that the pressure inside this bullet is significantly higher than the pressure of the surrounding water. Thus, an acoustic pulse occurs not inside the generator, but outside, which significantly increases its power and eliminates cavitation. The goal is achieved by the fact that the generator is a structure consisting of two cylinders placed in the same housing and arranged vertically on the same axis. Inside the cylinders are pistons connected by a common rod. The upper cylinder and piston serve to set the lower piston in motion, for which compressed air or another inert gas is supplied to the upper cylinder by means of a valve system. The lower cylinder is provided with a special structure by an outlet window located in the lower end part of the cylinder. In the initial position, the lower cylinder is filled with water, which is thrown out through this outlet window to form a liquid bullet. The opening window is formed by a conical rim that runs along the internal surface of the lower edge of the cylinder, and the section area of the window is significantly smaller than the area of the internal section of the cylinder itself. This side has a piston seat, working at the end of its path like a valve closing an outlet port. The closure of the outlet port51 occurs due to the special configuration of the lower part of the piston, which repeats the configuration of the outlet port and has a special protrusion that fits tightly into the window. The upper part of the lower cylinder also has a window of construction similar to that of the lower exhaust window. The upper part of the lower piston is designed so that its configuration corresponds to the configuration of the upper window, the cross-sectional area is also much smaller than the bottom of the lower section of the cylinder. Through this upper window, the lower cylinder communicates with the upper window and puddles the window to abruptly transfer the pressure of the compressed gas to the lower piston. The upper cylinder consists of three glasses, concentrically inserted one into the other so that the inner glass serves as a guide for the upper piston, the middle one is a compressed gas collector moving the upper piston, the outer one is a compressed gas collector acting on the lower piston. The design of the upper cylinder may be different, since this cylinder serves mainly to move the lower, working piston and, therefore, its design does not affect the principle of operation of the generator. The proposed construction makes it possible, as it were, to roll a long upper cylinder and make the structure more compact. One of the most important parts of the generator is the deflector, which is put on the outlet window of the lower cylinder. It is a damper that prevents the rectilinear movement of a jet of water that is being diverted from the generator. The damper is provided with holes dividing this jet at least into two, oppositely directed at an angle of up to 90 ° to the generator axis, the jet. This device eliminates one of the most important drawbacks of the known Structures — the reactive recoil of the jet. The generator is also provided with a valve located in the upper part of the generator and serving to switch the supply of compressed gas that controls the movement of the pistons. The valve consists of a small cylinder and a piston rod that acts as a valve. The rod extends at its lower end into the cavity of the upper cylinder and moves upward at the moment when the upper piston moves to the upper end position and rests with its upper part to the lower part of the valve stem. FIG. Figures 1–4 show cuts on the side of one of the variants of the generator, showing the different positions of its elements during operation and the configuration of the water jets produced by the generator; in fig. 5 — breakthrough of ambient water into a spherical cavity formed inside the expanding liquid in FIG. b - effect of recoil of an inward directed explosion; Fig. 7 shows the effect of elastic compression caused by the beveled surfaces of the piston and the exhaust port; in fig. 8 shows the relationship between the cross-sectional area of the outlet port and the speed of the water jet produced in FIG. 9.11 - generator equipped with a deflector, cut; in fig. 10 is a section A-A in FIG. 9; in fig. 12 - times cut BB in FIG. eleven; in fig. 13 — generator and cavities formed in the main and split jets; in fig. 14, the same cavities as in FIG. 13, top view; in fig. 15 - generator with deflector at the moment of raising the piston; in fig. 16 is a generalized pressure waveform obtained by means of a pulse generator; in fig. 17 - the same, average variant; in fig. 18 a controlled waveform at a predetermined distance from the explosion site for a generator without a deflector; in fig. 19 shows a controlled waveform at a predetermined distance from the explosion site for a generator with a baffle; FIG. 20 is the curve of the direct wave obtained by means of a generator with a deflector; in fig. 21 - direct wave curve near the explosion site after reflection from the water surface; in fig. 22 is the curve of the waveform in the vicinity of the explosion site; in fig. 23 is a pressure curve obtained from a generator without an expansion chamber; in fig. 24 is a pressure curve for a generator with an expansion chamber; in fig. 25 illustrates the use of an apparatus for conducting seismic exploration under water; on fi-g. 26 using a device for splitting and deflecting a stream of steam for generators operating on superheated steam. Acoustic generator (FIG. 1-4) includes a housing 1 consisting of an upper cylinder 2 and a lower cylinder 3 The lower cylinder is provided with seats 4 and 5 for the corresponding upper and lower parts of the lower piston b located in the lower cylinder 3. The saddles form the upper 7 and lower 8 windows, which have sloping surfaces corresponding to the shape of the upper and lower parts of the piston 6. The piston 6 is equipped with a sealing ring 9. The upper cylinder consists of two concentric glasses of the inner 10 and intermediate 11, which are also concentrically inserted into the outer glass, which is the body of the cylinder 3. The inner cup 10 forms a chamber 12 in which the upper piston 13 is fitted, equipped with a sealing ring 14. The upper and lower pistons are interconnected by a rigid rod IS. The upper part of the chamber 12 of the inner cup 10 has a vent hole 16 which is connected to the seawater, an opening (with seal) 17 for the passage of the rod 18 of the valve 19, and a version 20 for communication valve 21 (preferably electromagnetic) with ks1mera 22, formed by the outer wall of the upper cylinder 2 and the intermediate Cup 11. The upper part of the chamber 23 formed by the walls of the inner cup 10 and the intermediate cup 11 has an opening 24 for communication with the upper part of the valve 19 and with the compressor 25 supplying compressed air through the valve 26 to the generator. The chamber 22 may communicate with the cavity 27 of the lower cylinder (Fig. 2), formed by the lowering piston b, through the window 7. The communicating chambers 12 and 23 are isolated from the chamber 22 with a special seal 28. In addition, the chamber 22 has an opening 29 through which it communicates with the lower part of the valve 19 and the compressor 25. The cavity 27 of the lower cylinder has an opening 30 through which it communicates with the seawater through the expansion chamber 31 and a small air vent 32 in the expansion chamber itself. 33 - the main stream of water produced by the generator, 33. 1 - 33. 4 branched jets of water, 34 - the main internal cavity, 34. 1-34. 4 side cavities. The generator contains all the necessary components and elements to create a pulse that is much more powerful than that of a known device and does not undergo a cavitation effect of an explosion that occurs outside the generator. It is desirable that the generator ends with a deflector, which can be removable. FIG. 9-15 illustrate the arrangement and action of the deflector 35, which in its simplest form can be a flat or conical plate, set at a distance from the outlet port B. Preferably, the deflector is a hollow cup, having two walls in the walls 36, two or more openings 37 spaced apart around each other. The optimal number of holes is four and they should be separated by about 90 around the circumference of the wall of the deflector. To prepare the generator for operation (FIG. 1), where the generator is depicted in its initial position for driving a pulse, it is immersed in the water by the outlet window 8 downwards and the control valve 26 is opened in order to supply compressed air to the chambers 23 and 12 through the opening 24 of the compressor 25. The injected air causes the porous 13 to take up the cocked position, in which the stem 18 of the valve 19 is raised and the open valve 19 supplies pressure to the chamber 22 (the direction of movement of the compressed air is shown by arrows). The lower piston also occupies the uppermost position and the lower cylinder is filled with seawater. The generator is ready for operation. To generate a pulse, it is necessary to open the solenoid valve 21, after which the upper parts of the chamber 12 and the chamber 23 receive direct communication between themselves. The pressure from chamber 22 is transferred to chamber 12 and to piston 13. This pressure is summed with the pressure already acting through the window 7 on the piston 6 from the chamber 22, and causes the system, consisting of the piston 12, the rod 15 and the piston b, to start moving downwards. {The system will be referred to as a shutter hereinafter). When the lower piston moves from its upper saddle 4, the area affected by the pressure from the chamber 22 sharply, abruptly, increases accordingly. the force acting on the shutter also increases, causing it to jerk abruptly, to go down, pushing water through the outlet port 8 (Fig. 2). At the end of the path, the piston 6 closes the outlet port 8 with a special cylindrical protrusion (FIG. 3). High pressure begins to be throttled through the opening 30 into the expansion chamber 31 and from there through the opening 32 into the outboard water. Skosheyna. The surface of the saddle 5 of the outlet port 8 is very important. Before the conical surface of the lower part of the piston b approaches the conical surface of the seat 5, water can flow out unhindered through the outlet port 8. However, when these surfaces begin to converge, the water ring 38 (FIG. 3.7 and 8 is trapped between these two surfaces and begins to work as a shock absorber, preventing the piston from striking the saddle. The speed at which the water jet 33 exits depends on the diameter of the outlet port 8 and the speed of movement of the shutter. The fast moving jet is detached from the generator (Fig. 3) and forms a cavity close to a cylindrical 39 and then close to a spherical cavity 40 (FIG. four). This cavity, due to the high internal suppression, which is still radiated inside the generator, expands and breaks out further by filling tee with seawater. First, a two-dimensional, and then a three-dimensional cavity explosion at a considerable distance from the generator proceeds (Fig. З and 6 Acoustic energy generated by a two-dimensional explosion (Fig. 3) is approximately proportional to the square of the jet velocity, and the acoustic energy from a three-dimensional explosion (Fig. 4 and approximately proportional to the cube. jet speed. Thus, the speed of the jet, which is determined in part by the cross-sectional area of the outlet port 8, plays a dominant role in determining the amount of acoustic pulse energy received from the generator. In addition, the higher the jet velocity, the farther from the generator an explosion occurs, which is better from a constructive point of view, because when an explosion occurs between the elements of the generator's structure, this causes metal fatigue. In all currently known constructions of this kind, the pulses were either two-dimensional or three-dimensional but always occurred inside the generators, thereby significantly reducing the service life of the device, not to mention the obvious significant attenuation of the pulse power. When the shutter stops, closing the outlet port 8 with the protrusion of the piston b (Fig. 3), the chamber 27 located above the piston b, the chamber 12 (its upper part, located above the piston 13) and the chamber 31 continue to be ventilated into the outboard water until the back pressure in the chamber 23 exceeds the pressure in the ventilated chambers. After that, the shutter will start rising (FIG. four). By adjusting the size or adjusting the lumens of the air vents 32 and 16, you can adjust the speed at which the shutter returns to the weighted position and thereby regulate the frequency of the pulses. When the shutter occupies the initial extreme upper position (FIG. 1), the cycle is repeated again. Thus, the generator operates in automatic mode. The explosion occurs very quickly, even before the beginning of the return stroke of the shutter (FIG. 4 and 5). Without the expansion chamber 31, the cavity 27 would be ventilated directly into the seawater at a point too close to the explosion site, and the outgoing air would act as an absorber of high-pressure water acoustic energy, which would weaken the output acoustic pulses of the generator. The difference in signals detected near the explosion (known as pressure signatures) is seen in FIG. 23 and 24. Due to the presence of the expansion chamber 31, the cavity 27 is first blown into this races. a sweeping chamber during the time of the explosion. Thus, the fact that the ventilation hole 1 32 faces upward and is located a great distance from the explosion site improves the pressure signature, which becomes cleaner, NARROW and large in the presence of chamber 31 (Fig. 24) than without a camera (FIG. 23). When the generator operates without a deflector (FIG. 1–4) after each operation of the generator, upward reactive force occurs. It is often desirable or necessary to exclude this upward reactive force, In addition, a cavity 39 (FIG. 5) it is filled with water under very high pressure. This creates a primary compression in water 41 and, therefore, an acoustic impulse. At such pressures, the water in the cavity acts as a spring, which after the explosion gives off, produces a secondary compression (Fig. 6) known as the bubble pulse 42, which is an undesirable seismic pulse, also causing reflections from the underlying rocks. Detected reflected bubble signals significantly complicate seismic signal processing. The reactive force and the bubble pulses can be eliminated or reduced by a deflector (FIG. 9-15). When water on the jet 33 produced by the generator hits the plate of the deflector 35, if it were not for the cylindrical wall 36, the jet would deflect around the circumference in all directions in a plane perpendicular to the generator's longitudinal axis. Re. active efforts would also be in this plane and would strive to balance one another. However, a cylindrical wall with openings spaced 90 ° around the circumference allows ordering the movement of the jets and makes it possible to form explosive cavities of equal size and action. The main jet 33 splits into four branched jets 33. 1-33. 4 Cavities 34 are formed inside each jet. 1-34. 4 (FIG. 13,14). The jets are detached from the walls of the deflector and form these cavities inside the kind of liquid bullets. The main stream forms a cavity 34. 4 still inside the vent as it passes through the outlet port. If you use more than four holes 37, the explosions will interfere with one another. If only two holes are used, the bubble pulses will not be attenuated enough. When using four openings, external cavities 33. 1-33. 4 will not interfere with each other in a noticeable way. It has been found that the inner cavity 34 is filled after the cavities 34. 1-34. 4, so that the internal cavity absorbs masses of water under high pressure, which would otherwise cause bubble pulses. Thus, splitting the main :: pipe 33 into four eliminates or substantially weakens the bubble pulses 42, which are extremely undesirable when conducting seismic observations. The function of the deflector can be illustrated by the example of an explosion produced by a steam generator 43 (FIG. 21), releasing superheated steam into the intake water. Superheated steam is released through an insulated pipe 44, submerged approximately 3-5 meters below the surface of the water. At the end of the pipe there is a steam valve 45, periodically ejecting a superheated steam ball into water with a pressure of about 90 bar at 100 ° C. The ejection of steam from this valve causes two effects, it is subjected to the action of reactive force and recoil. By surrounding the steam valve 45 with the deflector 35, the ejected vapor bubbles will be located in a plane perpendicular to the path of the normal exhaust and the reaction force will be destroyed. Splitting a bubble into four gives an internal roller and four outer cavities 46. Here, a breakthrough into the internal cavity occurs after the breakthrough into the external cavities, whereby the recoil energy of the bubble explosions is absorbed (Fig. 14). Thus, the deflector plays an important role in the operation of the generator. The basic requirements for cavity formation are determined by the conditions in which the porlan is slowed down and stopped 6. On the other hand, in order for the cavity to produce a useful pressure pulse 41, it is necessary that the jet velocity 33 (Fig. 8) to stop the piston was large enough. It is important to keep in mind the shape and nature of the signals of the total pressure arising under the influence of explosive compression. FIG. 16 shows the total pressure signal, or pressure signature, as a function of time measured at a fixed distance from the explosion site. The first part 1 of this curve shows the increase in circumferential pressure Ph in the liquid, corresponding to the advancement of the jet 33. The overpressure reaches a peak value LRO, and then the pressure decreases. Part 2 of this curve shows that when the piston stops abruptly, the pressure decreases until it becomes negative relative to hydrostatic pressure. This negative pressure corresponds to the formation of the cavity and the increase in its volume, and continues until the vacuum reaches its maximum dP value. When the volume of the cavity becomes maximum, its potential energy is converted into the kinetic energy of the explosion. Part of curve 3 marks the high peak AP, (explosion pressure), which corresponds to the maximum pressure in the surrounding water at the point of measurement. This moment corresponds to the explosion of the cavity shown in FIG. five.

Часть кривой 4 показывает отдачу массы воды с высоким давлением, заполн ющей полость (фиг. 6). Отдача дает вторичную кавитацию, за которой следуют вторичные взрывы, что может повторитьс последовательно несколько раз. Эти кавитации и взрывы дают последовательные пики ДРд, дРз и т.д., с уменьшающейс амплитудой и чередовани ми стабильности, соответствующими разрежени м.A portion of curve 4 shows the mass output of high pressure water filling the cavity (Fig. 6). The recoil produces a secondary cavitation followed by secondary explosions, which can be repeated several times in succession. These cavitations and explosions produce successive peaks of DFD, dR3, etc., with decreasing amplitude and alternation of stability, corresponding to rarefaction.

В масшта&е времени часть кривой Т означает период сигнала, измеренного от начала и до конца первичного взрыва . Этот период Т зависит от потенциальной энергии полости, и следовательно , от кинетической энергии вод ной струи, а также от рассто ни от поверхности воды. Обща продолжительность подписи давлени составл ет Т, что и определ ет сейсмическое разрешение. Разрешение больше, когда Т меньше. Вазова крива , показанна .16, не есть крива обычно используема в геофизической разведке . Полезным сигналом вл етс та часть этой базовой кривой., котора находитс слева после фильтровани частоты 8-62 Гц с точки зрени проникани или после фильтровани частоты 0-248 Гц с точки зрени разрешени .On a time scale, a part of the T curve means the period of the signal measured from the beginning to the end of the primary explosion. This period T depends on the potential energy of the cavity, and therefore on the kinetic energy of the water jet, as well as on the distance from the surface of the water. The total duration of the pressure signature is T, which determines the seismic resolution. Resolution is greater when T is smaller. The vaz curve shown .16 is not the curve commonly used in geophysical exploration. The useful signal is that part of this baseline curve, which is left after filtering a frequency of 8-62 Hz from a penetration point of view or after filtering a frequency of 0-248 Hz from a resolution point of view.

На фиг. 17 показано, что означает лева часть кривой давлени на фиг.16 после фильтровани при 862 Гц. Можно видетьj что пик дР соответствует первому взрыву и, содержащий высокие частоты, не отличаетс заметно от пикаАРд, соответствующего взрыву, происход щему после первого пузырькового возрастани давлени 42. Поэтому сигнал имеет много пиков, что означает, что ка удн донный слой дает много отраженных сигналов, детектируемых вымпельным кабелем 47 и записывающим блоком 48 (фиг.25).FIG. Figure 17 shows what the left side of the pressure curve means in Figure 16 after filtering at 862 Hz. It can be seen that the dP peak corresponds to the first explosion and containing high frequencies is not noticeably different from the peak AAR corresponding to the explosion occurring after the first bubble pressure increase 42. Therefore, the signal has many peaks, which means that the flat layer produces many reflected signals detected by the pennant cable 47 and recording unit 48 (FIG. 25).

Все эти йедостатки присущи генератору , работающему без дефлектора. Кроме того, наибольша часть используем )й энергии выдел етс в максимуме взрыва и излучаетс в полосе относительно высокой , котора быстро поглощаетс грунтом. Проникание такой волны относительно мало.All these residues are inherent in a generator that works without a deflector. In addition, most of the energy used is released at the maximum of the explosion and is emitted in a relatively high band that is quickly absorbed by the ground. The penetration of such a wave is relatively small.

При использовании дефлектора характер работы генератора резко мен етс . Исключаютс вторичные пики лРд и л Р 3 путем придани соответствующих размеров боковым отверсти м 36. Таким образом можно создать полостиWhen using a deflector, the nature of the generator changes dramatically. The secondary peaks of LDD and L P 3 are eliminated by imparting appropriate dimensions to the side openings 36. In this way, cavities can be created

различных размеров, периоды взрывов которых также будут разными, и все это позвол ет создать в моменты, соответствующие вторичным пикам дР и дР.} (фиг. 16), взрывы с оппозитно направленными пиками, что даст аннулирование вторичных пиков.of different sizes, the periods of explosions of which will also be different, and all this allows you to create, at times corresponding to the secondary peaks of dR and dR.} (Fig. 16), explosions with oppositely directed peaks, which will result in the cancellation of the secondary peaks.

Это формирование взрывных полостей представл ет интерес дл генераторов , относительно не крупных по размерам, в которых боковые отверсти 37 имеют размеры, не обеспечивающие достаточного поглощени воды по высоким давлением во внутренней полости 34 (фиг.14) во врем возникновени отдачи. Наконец, весьма целесообразно укорачивать период Т/ излучаемого сигнала, так как сигнал, отраженный от поверхности воды (фиг.21 накладываетс на первоначальный сигнал (фиг.20), но с фазовой разницей, соответствующей времени, которое необходимо на прохождение первоначальным сигналом полного круга до места взрыва.This formation of explosive cavities is of interest for generators that are relatively small in size, in which the side openings 37 have dimensions that do not provide sufficient water absorption by high pressure in the internal cavity 34 (Fig. 14) at the time of recoil. Finally, it is highly advisable to shorten the period T / of the emitted signal, since the signal reflected from the surface of the water (FIG. 21 superimposes on the original signal (FIG. 20), but with a phase difference corresponding to the time required for the original signal to complete the full circle) places of explosion.

Генератор с дефлектором позвол ет накладывать положительную часть отраженного сигнала (фиг.20) на положительную часть первоначсшьного сигнала (фиг.20) при относительно мелки взрывах. Объединение сигналов (фиг.20 и 21) дает результирующий сигнал (фиг.22). Этот сигнал представлйет особый интерес, поскольку он содержит относительно высокую энергию в полосе низкой частоты именно благодар использованию низких частот , содержсвдихс в положительной части отраженного сигнала (фиг.21). В соответствии с этим, при равном количестве входной энергии поступающей в генератор, можно значительно увеличить глубину проникани комбинированного сигнала (фиг.22).A generator with a deflector makes it possible to overlay the positive part of the reflected signal (Fig. 20) on the positive part of the original signal (Fig. 20) with relatively small explosions. The combination of signals (Fig.20 and 21) gives the resulting signal (Fig.22). This signal is of particular interest because it contains a relatively high energy in the low frequency band precisely because of the use of low frequencies contained in the positive part of the reflected signal (Fig. 21). In line with this, with an equal amount of input energy entering the generator, it is possible to significantly increase the penetration depth of the combined signal (Fig. 22).

Действительна форма волньг сигналов , прослеживаема гидрофоном вблизи места взрыва без дефлектора, показана на фиг;18, соответствующей фиг.20. Форма волны при работе с дефлектором показана на фиг.19, соответствующей фиг.22. Таким образом, эксперимент подтверждает приведенные теоретические формы волны.The actual waveform of the signals, traced by the hydrophone near the explosion site without a deflector, is shown in Fig. 18, corresponding to Fig. 20. The waveform when working with the deflector is shown in Fig. 19, corresponding to Fig. 22. Thus, the experiment confirms the theoretical theoretical waveforms.

Предложенный генератор акустических- импульсов дл сейсмической подводной разведки позвол ет существенно повысить мощность импульсов, избежать кавитационного воздействи на элементы конструкции и также избежать эффекта отдачи, возникающего при работе всех известных приборов этого назначени .The proposed acoustic-pulse generator for seismic underwater reconnaissance makes it possible to significantly increase the power of the pulses, to avoid the cavitation effect on the structural elements and also to avoid the recoil effect that occurs during the operation of all known devices of this designation.

Claims

1. Устройство дл генерировани акустических импульсов в жидкой среде, состо щее из соосно расположенных верхнего и нижнего цилиндров, в которых помещаютс поршни,св занные ме жду собой общим штоком, системы тру бопроводов и отверстий дл подвода цилиндрам сжатого газа, а также клапанов , отличающеес тем что, с целью повышени мощности им йульса и предотвращени кавитации внутри устройства, нижний цилиндр имеет выпускное окно, образованное коническим бортиком, идущим по внутренней поверхности нижней кромки ци линдра, причем площадь сечени окна существенно меньше площади внутреннего .сечени нижнего цилиндра, наруж ный торец поршн , расположенного в нижнем цилиндре, имеет форму, соответствующую форме конического бортика , вл ющегос седлом поршн и снаб жен выступом, вход щим в. упом нутое окно, когда поршень находитс в край нем нижнем положении, а выпускное ок но снабжено насадкой с отверсти ми, раздел ющими выбрасываемую жидкость на не менее чем две противоположно направленные струи, которые выход т из отверстий под углом до 90 к вертикальной оси генератора. 2. Устройство по п.1, отличающеес тем, что верхний цилиндр представл ет собой три стаканана , вставленных соосно один в другой таким образом, что внутренний стакан служит направл ющим дл верхнего поршн , средний стакан вл етс коллектором сжатого газа, двигё1ющего верхний поршень, а наружный стакан вл етс .коллектором сжатого газа, воздействующего на нижний поршень. 3.Устройство по П.1, отличающеес тем, что верхн часть нижнего цилиндра имеет окно, образованное бортиком, идущим по внутренней поверхности верхней кромки цилиндра, причем площадь сечени окна существенно меньше площсцци внутреннего сечени цилиндра. 4.Устройство по П.1, отличающеес тем, что верхний цилиндр имеет в торцовой части отверстие , через которое проходит шток клапана, подающего сжатый газ в верхнюю часть нижнего цилиндра в тот момент , когда верхний поршень находитс в крайнем верхнем положении и нажимает на шток. 5.Устройство по П.1, отличающеес тем, что верхний и нижний цилиндры сообщаютс между собой посредством трубопровода, снабженного нормально закрытым клапаном. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3369627, кл. 181-5, опублик. 1968. 1. A device for generating acoustic impulses in a liquid medium, consisting of coaxially arranged upper and lower cylinders, in which pistons are interconnected, which are connected between themselves by a common rod, a system of pipelines and openings for supplying cylinders of compressed gas, as well as valves, so that, in order to increase the power of it and prevent cavitation inside the device, the lower cylinder has an outlet port formed by a conical rim running along the inner surface of the lower edge of the cylinder, and The window is substantially smaller than the area of the inner section of the lower cylinder; the outer end of the piston located in the lower cylinder has a shape corresponding to the shape of a conical rim, which is a piston seat and is provided with a protrusion facing c. the said window when the piston is in the extreme lower position, and the outlet window is provided with an orifice with apertures dividing the ejected liquid into at least two oppositely directed jets that exit from the orifices at an angle of up to 90 to the vertical axis of the generator. 2. A device according to claim 1, characterized in that the upper cylinder consists of three glasses inserted coaxially into one another in such a way that the inner glass serves as a guide for the upper piston, the middle glass is a collector of compressed gas that drives the upper piston, and the outer cup is a collector of compressed gas acting on the lower piston. 3. A device according to claim 1, characterized in that the upper part of the lower cylinder has a window formed by a side running along the inner surface of the upper edge of the cylinder, and the cross-sectional area of the window is substantially less than the area of the inner section of the cylinder. 4. A device according to Claim 1, characterized in that the upper cylinder has an orifice in the front part through which the valve stem passes, supplying compressed gas to the upper part of the lower cylinder at the moment when the upper piston is in its highest position and presses the rod . 5. A device according to Claim 1, characterized in that the upper and lower cylinders communicate with each other via a pipeline provided with a normally closed valve. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent number 3369627, cl. 181-5, pub. 1968.

2.Патент США 3642089, кл. 181-120, опублик. 1972 (прототип).2. US patent 3642089, cl. 181-120, pub. 1972 (prototype).

« "

6 k6 k

3333

А:АA: A

г. fSMr. FS

417417

Фаг 20Phage 20

Гт гRm r

изof

3.3

Фиг 25FIG 25