CA1058314A - Dispositif d'emission d'ondes mecaniques a volume de cylindree ajustable - Google Patents

Abstract

L'invention a trait à un dispositif d'émission d'ondes mécaniques à volume de cylindrée ajustable. Le dispositif d'émission d'ondes mécaniques comporte une soupape et un corps muni d'un siège pour ladite soupape. Ce corps et cette soupape sont coaxiaux et délimitent une chambre de combustion annulaire, pouvant être mise en communication avec l'extérieur par translation axiale de la soupape. Cette chambre est munie de moyens d'introduction du mélange comburant-carburant, la soupape étant un piston différentiel dont une face constitue une paroi mobile d'un réservoir de fluide sous pression et une partie de l'autre face constitue une paroi mobile de la chambre de combustion. Ce dispositif est caractérisé en ce que la paroi fixe de la chambre do combustion comporte au moins deux percements régulièrement espacés sur son pourtour, dans lesquels sont réunis de façon amovible, des bouchons comportant chacune une cavité débouchant sur la chambre de combustion et équipés de moyens d'introduction du carburant, ainsi que du comburant et de moyens d'ignition. Le dispositif selon l'invention est notamment utilisable pour des recherches sismiques.

Description

~ a pré~ente in~ention se rapporte à un dispositif d'émi~sion d'ondes mécaniques à ~olume de cylindrée variable.
~ e dispo~itif suivant la demande de brevet au Canada No. 229,138 dépo~ée le 2 juin 1975 au nom de la demanderesse donne le moyen d'appliquer des surpressions de l'ordre de 800 bars, en int~re~sant une zone d'impact i~portante. L'augmenta-tion de la qu~ntité d'énergie mise en jeu et l'amélioration du coefficient de transmission réalisée~ permettent de limiter la multiplication des dispositifs et même de revenir au dispositif de tir unique.
~ e problème s'e~t alors pO8~ d'ajuster la quantité
d'énergie libérée par une explosion suiYant les caractéristique~
du fond marin et de la coupe de terrain à investiguer, tant au point de ~ue de la nature des roches que de l'épaisseur de la série sédimentaire.
Ne voulant pas revenir à la multiplication des émetteurs par points de tir, il pou~ait être envisagé de créer une gamme d'appareils d'émission d'ondes mécaniques de cylindrées croi~san-tes. Cette dernière formule est immédiatement apparue comme dispendieuse et devant être à l'origine de manipulations diffi-cile~ en haute mer.
~ e dispositlf suivant la présente invention permet de pallier oes di~fi¢ultés en donnant le moyen de ~aire varier par u~e manipulation aisée la cylindré~ d'un dispositlf d'emission d'onde~ méoanique~.
~ a di3poaitl~ d'émisslon d'ondes m~caniques selon l'~n-vention, comportant une ~oupape, un corps muni d'un siège pour ladite soupape, lesdits corps et ~oupape étant coaxiau~ et déli-mitant une chambre de combustion annulaire pouvant être mise en ~0 oom~uniCation avec l'ext~rieur par translation axiale de la soupape, ladite chambre étant ~unie de moyens d'introduction de carburant, de comburant et de moyens d'ignitio~, la soupape ;~s ' ' - - . : . '. ` . '~ :
,. ~ . . . . - :

1(~583~
étant un pi~ton différentiel dont une face constitue une paroi mobile d'un réservoir de fluide 80u~ pre3sion et une partie de l'autre face con~titue une paroi mobile de la chambre de combu~-tion~ est caractéri~é en ce que la paroi fixe de la chambre de combustion comporte au moins deux percement~, régulièrement espacés sur son pourtour, dan~ lesquels sont fixés, de façon amovible, des bouchons comportant chacun une cavité débouchant sur la chambre de combustion.
Dans un mode de réalisation préféré, chacun des bouchons est équipé de moyens d'introduction du carburant ainsi que du comburant et de moyens d'ignition, débouchant dans la ca~ité.
~ 'inv~ntion sera mieux comprise dans la description suivante, donnée à titre non limitatif, d'une ~orme de réalisa-tion illustrée par le~ figures jointes:
Fig. 1 Dispositif d'émission à volume variable Fig. 1a ~ype de siège de soupape Fig. 1b Autre type de siège de soupape.
Dans une réalisation représentée sur la figure 1, le dispositif d'émi~sion d'ondes mécanique~ comprend un corp~ 1, réalisé en deux pièces 1a et 1b pour faciliter l'usinage et le montage, les deux pièces 1a et 1b étant réunies à l'aide de gouJon~ et de boulons. ~e corps 1, cylindrique, déllmite deux oa~ s cyllndrique~, de sections circulaires, ooaxiales et oommunioa~tes, une cavité inférieure 2 de rayon r et une cavité
~upérieure 3 de rayon R, telles que le rapport de R à r est oomprl~ entre 1 et 4.
~ oontour intérieur de la cavit~ inférieure 2 délimite, pour partie, une oavité ~nnulaire 5. Sur le pourtour de la cavité .
in~rieure 2, sont ~itués des percements cylindriques tels que ~0 2a et 2b d'axe perpendiculaire à l~axe de la cavité inférieure, au nombre d~au moins deu~ et réguliarement espacés. Dans ces percements, tels que 2a et 2b, sont logés des bouchons tels que :~

~0583:~4 5a et 5b, lesdit~ bouchon~ étant réunis avec la pièce 1b du corps 1 par le moyen de boulon~ tels que 5a1. ~es bouchon~ tels que 5a et 5b co~portent chacun une cavité 5a2 cylindrique débou-chant sur la cavité annulaire 5. ~e volume des cavités 5a2 est ~hoisi parmi le~ valeur~ d'une gamme de valeurs s'étageant de 6 à 1.000 cm3, ce qui pour un di~positif comportant quatre bou-chons 5a, 5b, 5c, 5d, donne une gamme de cylindrées additionnel-les au volume de la cavité 5, ~'étageant de 24 à 4.000 cm3.
Dans chacune des cavités 5a2 débouchent des conduit~
tel~ que 6 pour l'amenée d'air sous pression et 7 pour l'amenée du carburant, ainsi que 8 pour la mise en place d'un moyen d'igni-tion 9.
~ a cavité inférieure 2 débouche vers le ba~ sur l'exté-rieur par une ouverture axiale circulaire 10 entaillant le corp~
1 suivant un passage de section tronconique 11.
~ a cavité ~ est ouverte vers le haut ~uivant toute sa section et comporte dans sa partie médiane au moins deux orifices dont le~ uns tels ~ue 12 pour l'arrivée d'air sous pression, délivré par une électrovanne à trois voies 13, et les autres, tels que 14, pour l'évacuation du m8me air comprimé sur une soupape pilotée 15 par la même électrovanne.
~ a cavlté 3 est fermée, ~ sa partie supérieure, par un chap~au 16 cylindrique, coaxial avec le corps 1 et ~ixé sur ledit oorps 1. ~e ohapeau 16 comporte un logement cylindrique 17 oo~xial et oom~uni~uant avao la cavité 3 et dont le rayon r' est tel que R/r' e~t ohoi~i de 2 a 5. Le chapeau 16 limite la oavité 3 par une ~ce annulaire 18, Sur ladite face annulaire 18 du chapeau 16 débouchent un orl~ice 19 d'amenée d'air sous pre~sion et un orifice 20 d'ëvacuation du m8me air sur une soupape pilotée 21 par l'élec-trovanne 13. Sur la figure, les orifices 19 et 20 comportent ~ -un pa~age commun.

. ... ; , . ~ .

10583~4 A la partie sup~rieure du logement 17 débouchent: un orifice 22 d'arrivée de fluide carburant et un ou plusieurs orifices tel~ que 23 d'évacuation du fluide carburant qui, par des conduit~ tels que 7 débouchant dan~ chacune de~ ca~ités 5a2, alimentent des injecteurs tels que 24.
A l'int~rieur du corp~ 1 est logée une soupape 25 couli~sant dans la cavité 2 et solidaire d'un piston 26 coulis-sant dans la moitié inférieure de la ca~ité 3. ~a ~oupape 25 est munie d'au moins un joint d'étanchéité 27 sur sa partie haute et le piston 26 est également muni d~un joint d'étanchéité
28.
~ a soupape 25 cylindrique de section droite circulaire dans la majeure partie 29 se poursuit vers le bas par une partie c~lindrique 30a ayant un rayon r" inférieur au rayon r de la partie 29, et s'achève vers le bas par une partie tronconique 30b dont l'angle au sommet est le même que celui du passage tronconi- :
que 11.
~ e contour externe de la partie cylindrique ~Oa, associé
au contour interne cylindrique de la ¢avité 2, délimitent ensem- :
ble la cavit~ annulaire 5.
~a sur~ace tronconique 31 de la soupape 25 prend appui ~ur la sur~ace tronconique 11 sui~ant une zone annulaire corres-pondant ~ une saillie qui, sur les figures 1 et 1a, est partie l~b~rante du corp~ 1, Dans la réali~ation sui~ant la figure lb, la saillie 31 est parti~ intégrante de la soupape 25. Dans l'une et l~autre r~alisation, la saillie, qui est partie intégrante dans un cas du siège et dans l~autre de la soupape, a une hauteur de quelques dixième~ de millimètre et une largeur de quelques millimètres.
Dan~ les réalisations illustr~es sur les figures 1a et ~ :;
lb, les surfaces en regard du siège de soupape 11 et de la soupa-pe hors de la chambra de combustion et à partir de la saillie 105831~

annulaire, lesdites surfaces étant désignées par ~Ob, ont par rapport à l'axe commun une inclinaison égale, et d'au moins quelques degrés, l'écartement entre les surfaces étant égal à
la hauteur de la saill.ie.
La projection suivant l'axe xx' de la surface tronco-nique 30b est au joins égale à 25% de la projection suivant 1'axe xx' de la surface tronconique 30.
A l'intérieur de la cavité supérieure 3 et du logement cylindrique 17, coulisse un piston ~ ~ection différentielle 32 muni de joints d'étanchéité, d'une part sur la partie se dépla-çant dans la cavité 3 et, d'autre part, sur la partie se dépla-çant dans le logcment cylindrique 17.
La partie médiane de la cavité 3, comprise entre les pi.ston~ 26 et 32 lors de 1'écartement des deux pistons, cons-titue un réservoir de fluide SOU9 pression 35 dit chambre pneumatique ~a partie de la cavité 3 comprise entre le piston 32 :~
et le chapeau 16 constitue, lorsque le piston 9 1 écarte dudi~
chapeau, une chambre annul~ire 36 oocupée par le même fluide sous pression que la chambre 35.
~ e dispositif d'émission d'ondes mécani~ues tel qu'il est représenté ~ur la figure 1 fonctionne de la m~me manière que le di~po~itif d~crit dans la demande de brevet au Canada No. 229,138 depo~ée le 2 ~uin 1975 de la demanderesse,o'e8t_~-dlre c~mme il va ~tre lndiqué cl-après:
~ 'éJeoti.on des gaz brulé~ de l'appareil peut être soit commandec, 90it automatique. ~n technique sismique courante, 1~ ~onctionnement est commandé ~ partir du laboratoire d'enre-gi~trement. ~e fonctionnement automatique implique l'asservis-sement du laboratoire d'enregistrement au dispositif d'émission.
~ ans les deux cas de fon¢tionnement, le gaz comburantest introduit en permanence par le conduit 6 dans la chambre de oombustion 5. Simultanément, de l'air comprimé est introduit _5_ 5~314 par le conduit 19 dans la chambre 36, cet air comprime pousse le piston 32 vers le bas et appuie sur le piston 26 qui fait appliquer la soupape 25 sur le siège 11, fermant ainsi la chambre de combustion 5.
On excite la bobine de l'électrovanne 13 ~ trois voies qui simultanément introduit de l'air sous pression dans les soupapes pilotées 15 et 21 et par le conduit 12 dans la chambre 35. La soupape pilotée 15 obture le conduit 14, et la soupape pilotée 21 met la chambre 36 en communication 10 avec l'extérieur. La soupape 15 est une soupape pilotée normalement ouverte mais qui est maintenue fermée quant elle est pressurisée avec l'air provenant de la soupape 13. La soupape 21 est une soupape normalement fermée mais qui est maintenue ouverte quand elle est pressurisée avec l'air provenant de la soupape 13. L'air introduit dans la chambre 35 remplit deux fonctions simultanement: la première est de maintenir la soupape 25 sur son siage, la deuxième est de repousser vers le haut le piston 32.
Ce piston 32 par effet de section différentielle refoule sous haute pression le carburant contenu dans 17 dans les conduits 7 et le fait penetrer au travers des injecteurs 24 dans la chambre 5. Le carburant s'enflamme au contact des moyens d'ignition 9. ~a combustion tras rapide transforme le melan~e carburant-comburant en ~az dits de combustion sous haute t~mp~rature et haute pression.
ler cas e fonctionnement: Ejection commandee ~ ans ce ca9, l'air introduit dans la chambre 35 par la commande de l'~lectrovanne 13 est à une pression telle qu' il maintient la ~ermeture de la soupape 25 lors~ue la combustion est terminee.

~ - 6 ~ . .

~OS~
Pour commander l'ejection des gaz de combustion, l'excitation de l'electrovanne 13 est supprimee, la soupape pilotee 15 libère l'air de la chambre 35 et met cette chambre en communication avec l'exterieur, la soupape 25 n'est plus maintenue sur son siège, la poussee de bas en haut des gaz sur le contour 30 fait lever la soupape 25 de façon telle ~u'elle libère très rapidement les gaz de combustion.
Simultanement, la soupape pilotee 21 obture le conduit 20 et l'air comprime venant par le 1{)5831~
conduit 13 remet progressivement l'appareil en position pour un nouveau cycle de fonctionnement, cette dernière opération étant de durée telle que la totalité des gaz de combustion soient e~acues.
?ème cas de fonotionnement: Ejection automatique Dan~ ce ca~, l'air introduit dan~ la chambre 35 par la commande de l'électrovanne 13 est à une pres~ion telle que, pour une valeur intarmédiaire de pres~ion des gaz de combustion, pression inférieure à la pression norm~le de fin de combustion et supérieure à la pression initiale du gaz comburant, la sou-pape 25 ne ~oit plu9 maintenue sur ~on si~ge 11, la poussée de bas en haut sur les parois 30 fait lever la soupape 25. Les gaz s'introduisent dans l'eRpace compris entre la ~oupape 25 et son siage 11, cet espace vient augmenter la surface de poussée des gaz de bas en haut et accélérer ainsi la levée de la soupape 25.
~es gaz de combustion sont libérés tr~s rapidement.
~orsque l'excitation de l'électrovanne 13 est supprimée, l'air compris dans la chambre 35 est évacué et le fonctionnement est identique pour sa phase f~nale au cas précédent.
~a différen¢e entre les deux types de fonctionnement est, en résumé, que:
- dans le ¢as "commandé", la pres~ion d'air introduit dans 35 malntient la soupape 25 ferm~e et la commande de tir est donn~e par l'arrêt de l'excitation de l^électrovanne 13;
- dans le cas "automatlque", la pre~sion d'air introduit dan~ 35 ~e mainbient plu8 la soupape 25 -à partir d'une pression de ga~ de oombustion dans la ohambre 5 et l'ouverture s'effectue i~dépendamment de l'arr8t de l'excitation de l'électrovanne 13.
~a consommation de carburant pour une in~ection dans une chambre à 140 bar est de 2 centimètre~ cubes de gaeoil pour 16 oentimètres ¢ubes de chambre.
En fon¢tionnement commandé, les émissions sont espacée~

. . -~ 0583~4 de 6 ~ 10 secondes~ En fonctionnement auto~atique, il ~aut pré-~oir un rythme d'~xp~sitation d~une émi~ion toute~ le~ 5 secon-de~ en~iron.
Il a ~te préci~é qu'en employant comme carburant de l'air à 140 bar, la pres~ion d'émission couram~ent atteinte eat de 800 bar, on peut en~i~ager, par l'e~ploi d'air enrichi en oxygène, de porter la pres~ion d~émis~ion à 1.200 bar et m8me 1.400 bar.
D~ns un mode de réalisation quivant la figure 1, les gaz de combu~tion sont injectés axialement dan~ les milieux liquides du haut ver~ le bas.
Ce mode d'injection favorise une focaliqation de l'éner~
gie de détente vers une ~one située ~OU9 11 appareil et augmente le spectre d~émission d'ondes acoustiques ver~ les hautes fré-quenoes.
~ e di~positif d~émis~ion d'ondes mécaniques suivant la pr~sente in~ention, permet une adaptation de la puissance d~émis-sion aux caract~ristiques du fond de la mer dans la zone pros-peotee et à la con~i~tance de la coupe de terrain ~ reconna~tre à l~aide de la méthode ~ismique.
En outre, il est apparu que la disposition des bouchons, oontenant les ohambre~ de oombustion, répartia égaleme~ autour de la partie in~érieure 1b du corps 1, et proéminents par rapport au aontour ext~rieur dudit corps 1, permet un meilleur refroidi~-~emant du métal ~t ainsl une meilleure évaouation de~ calories produite~ par les combu~tions sucoe~ive~. Ainsi les conditions de maroha ~ puis~ance éle~e et tr~s ~lev~e ~ont facilitees par rapport ~ oe qu~ l~on a observ~ avec les différents t~pes de dl~positifs d~mission d~ondes mécaniques ne comportant pas de ohambres de combustion rapportées.

Claims (2)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif d'émission d'ondes mécaniques comportant une soupape, un corps muni d'un siège pour ladite soupape, lesdits corps et soupape étant coaxiaux et délimitant une chambre de combustion annulaire pouvant être mise en communication avec l'extérieur par translation axiale de la soupape, ladite chambre étant munie de moyens d'introduction de carburant, de comburant et de moyens d'ignition, la soupape étant un piston différen-tiel dont une face constitue une paroi mobile d'un réservoir de fluide sous pression et une partie de l'autre face constitue une paroi mobile de la chambre de combustion, caractérisé en ce que la paroi fixe de la chambre de combustion comporte au moins deux percements, régulièrement espacés sur son pourtour, dans lesquels sont réunis, de façon amovible, des bouchons comportant chacun une cavité débouchant sur la chambre de combustion.

2. Dispositif d'émission d'ondes mécaniques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des bouchons est équipé de moyens d'introduction du carburant, ainsi que du comburant et de moyens d'ignition, débouchant dans la cavité.