NO773043L - Fremgangsmaate og apparat for utsendelse av en kompresjonspuls i grunnen - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår seismiske undersøkelser og frembringelse av seismiske bølger ved hjelp av gasseksplosjonsapparatér. Mer spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte og et apparat for utsendelse av suksessive seismiske impulser på jordoverflaten og med en høy repetisjonstakt ved anvendelse av et gasseksplosjons-apparåt.

Seismiske kilder av gasseksplosjonstypen og med rask syklus kan brukes til å frembringe kodede sekvenser av seismiske impulser, hvilket er av stor betydning ved utvikling av datainnsamlings-systemer basert på datamaskiner. Et begrensende trekk ved enhver slik syklus-operasjon er den hastighet med hvilken rekylen og

tilbakeføringen av det bevegelige stempel i eksplosjonsapparatet kan fullføres. Denne oppfinnelse er i første rekke rettet mot dette problem.

Det er et' generelt formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe

et seismisk gasseksplosjonsapparat som er i stand til å arbeide med en høy repetisjonstakt.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et seismisk gasseksplosjonsapparat som arbeider med høy repetisjonstakt uten fare for å avgi tilfeldige eller uønskede sekundære signaler.

Det er enda ét formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et seismisk .gasseksplosjonsapparat som er innrettet til å levere signaler i en hurtig kodet sekvens.

I henhold til ett aspekt ved oppfinnelsen blir det tilveiebragt et gasseksplosjonsapparat for hurtig tenning og rask syklus, omfattende et opprettstående sylindrisk hus med en lukket bunn som hvi- ler på bakken,, et stempel som er bevegbart vertikalt i huset og innrettet tilAkombinasjon med husets sidevegger og bunnen å danne et ekspanderbart detohasjonskammer, en anordning for utløsning av en gasseksplosjon i kammeret for å meddele en kompresjonspuls til bunnen, og en anordning for reaktivering av utløsningsanord-ningen med en høy repetisjonstakt efter hver syklus av stemplets rekyl og tilbakeføring, hvor det nye og særegne ifølge oppfinnelsen består i en anordning som er påvirkbar av rekylen for å sette en første gassmengde under trykk for derved å avstedkomme en fjærkraft innrettet til å bevirke akselerasjon for en vesentlig del av deri nedadgående bevegelse av stemplet, og en anordning som er påvirkbar av den nedadgående bevegelse for å sette en annen gassmengde under trykk for derved å avstedkomme en annen motsatt fjærkraft innrettet til å dempe den gjenværende del av den nedadgående bevegelse og stoppe stemplet på et.ønsket sted.

I henhold til en foretrukken utførelsesform av denne oppfinnelse er det tilveiebragt et nedre opprettstående sylindrisk hus med en åpen topp og en bunn som er lukket med en separat bunndel som er uavhengig bevegelig mot bakken eller jorden. Et forholdsvis lett stempel er bevegbart i huset over bunndelén for å avgrense et ekspanderbart detonasjonskammer. En øvre lukket luftfylt sylinder er uavhengig anbragt over det sylindriske hus og i aksiell forlengelse av dette. Et styrestempel er bevegbart i den øvre sylinder og er stivt forbundet med det lette stempel (i det følgende betegnet drivstempel) gjennom en stempelstang.

Ved tenning av en brennbar gassblanding innført i detonasjons-eller forbrenningskammeret, blir det avgitt en seismisk puls til grunnen gjennom bunndelén, og de to stempler blir drevet oppad. Som følge av dette blir luften over styrestemplet komprimert for å danne en første luftfjær som så bidrar sammen med tyngdekraften til å akselerere de to stempler i retning nedad. Når styrestemplet nærmer seg bunnen av den øvre sylinder, blir luften under dette komprimert for å danne en annen luftfjær som demper den avsluttende del av stemplets tilbakebevegelse. Et hull ved bunnen av den øvre sylinder og med utløp til den omgivende atmosfære opptar den energi som er lagret i den annen luftf jaer ved en støt-dempervirkning, hvorved enhver tendens til at styrestemplet skal slå eller prelle på dette punkt -blir eliminert. Syklusen tenning/, rekyl/tilbakeføring blir så gjentatt med en takt som bestemmes av tenningssystemet, men selvsagt begrenset av den maksimalt oppnåe-lige syklushastighet.

I henhold til et annet aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for utsendelse.av en kompresjonspuls i grunnen ved anvendelse av et seismisk gasseksplosjonsapparat med et lukket ekspanderbart detonasjonskammer dannet i et opprettstående sylindrisk hus mellom en stiv toppdel og en stiv bunndel omfattende: (a) anbringelse av den stive bunndel i direkte berøring med grunnen,

(b) innføring av en ladning av brennbar gassblanding

i detonasjonskammeret,

(c) tenning av blandingen for utløsning av en gasseks-piosjon innrettet til å meddele en kompresjonspuls til grunnen gjennom den stive bunndel og til å drive den stive toppdel oppad, (d) utnyttelse av den oppadgående bevegelse av den stive toppdel til å lagre energi i en første fjær,, og (e) .anvendelse av energien i den komprimerte luftfjær for derefter å assistere tyngdekraften i akselerasjonen av den ±ive toppdel i nedadgående retning.

Fremgangsmåten omfatter fortrinnsvis bruk av et seismisk gasseks-plos jonsapparat med et lukket ekspanderbart detonasjonskammer dannet i et opprettstående sylindrisk hus mellom en stiv toppdel og en stiv bunndel, omfattende anbringelse av den stive bunndel. i. direkte berøring méd grunnen, utløsning av en gasseksplosjon i de-tonas jonskammeret , utnyttelse av den oppadgående bevegelse av den stive toppdel til å lagre energi i en første fjærinnretning, anvendelse av energien i den første fjærinnretning til derefter å akselerere den stive toppdel i retning nedad, motarbeidelse av

slik nedadgående bevegelse ved kompresjon av en annen fjærinnret-

ning for derved å bremse og stoppe den nedadgående bevegelse på

et ønsket sted, og derefter gjentagelse av trinnene i syklusen med høy repetisjonstakt..

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives under henvisning til

et eksempel vist på tegningen, som utgjør et vertikalt snitt gjennom et seismisk gasséksplos.jonsapparat ifølge oppfinnelsen.

På tegningen er det vist et seismisk gasseksplosjonsapparat 10 bestående av et opprettstående sylindrisk hus 12 med en tilhø-.rende fri bunndel 14 (dvs. en bunndel som er vertikalt bevegbar i likhet med et stempel uavhengig av huset 12) i berøring med bakken eller grunnen, og en øvre pneumatisk rekyl- dg tilbake-før ingssyl inder 16 opphengt under en fast overliggende understøt-telse 18, f.eks. én kjøretøyramme eller en frittstående ramme.

I det sylindriske hus 12 føres et bevegelig drivstempel 20 som sitter på en stempelstang 22.. Et styrestempel 24 er bevegbart i den øvre sylinder 16 og er stivt festet til den øvre ende av stempelstangen 22. Et med ventil forsynt innløp 25 i den øvre sylinder 16 er forbundet med en passende kilde (ikke vist) for komprimert luft, gjennom hvilken rommet 26 over styrestemplet 24 innledningsvis kan fylles med luft eller en annen gass med hvilket som helst ønsket trykk, f.eks. 1,4 - 2,1 kg/cm 2. I sin hvilestilling vil styrestemplet 24 ligge an mot den nedre ende 27 av sylinderen 16, som er forsynt med et hull 40.

Bunndelén 14 består i hovedsaken av et bunnstempel 28, en for-bindelsesstamme 29 og en slagplate 31.. Rommet mellom drivstemplet 20 og burinstemplet 28 utgjør et ekspanderbart detonasjonskammer

30 som er forsynt med et brenngassinnløp 32 og et utløpshull 33

gjennom veggen i det sylindriske hus 12. En større avgassåpning

35 er ført gjennom veggen i huset over hullet 33 og er avdekkét

overfor detonasjonskammeret 30 bare når styrestemplet 20 er drevet tilstrekkelig langt over sin utgangs- eller hvilestilling. Drivstemplet 20 og bunnstemplet 28 er forsynt med metallringer for å oppnå lengre levetid. Tetninger 52 for styrestemplet 24 kan be-stå av metall eller av et elastomermateriale.

De bevegelige elementer i eksplosjonsapparatet, inkludert stemplene 20 og 24, stangen 22 og bunndelén 14, er fortrinnsvis laget av lett aluminium eller stål slik at den sykliske operasjon som skal beskrives, krever så lite energi som mulig. I overensstemmelse med dette formål kan den øvre del av stemplet 20 være uthulet slik at det bare gjenstår en periferisk mantel med langsgående an-leggsflater 41. Bunnen 39 på stemplet 20 kan være passende ut-boret og gjenget for å oppta den nedre ende av stangen 22. Den frie bunndel .14 er fortrinnsvis et stivt element med liten treg-het for derved å muliggjøre maksimal akselerasjon av de underlig-gende jordlag. Dette medfører seismiske impulser av forholdsvis høy frekvens, hvilket er fordelaktig ved gruntgående seismiske undersøkelser hvor det er av særlig stor viktighet å oppnå høy oppløsningsevne.

Under drift kan en brenngass og oksygen leveres gjennom separate ledninger 36 og 37, derefter blandet og innført gjennom innløpet 32 til detonasjonskammeret 30. Tenning av blandingen blir fore-tatt ved hjelp av en passende tennplugg som generelt er betegnet 38 på tegningen. Bunndelén 14 overfører en seismisk kompre-Sjonspuls nedad i grunnen mens stemplene 20 og 24 samtidig drives oppad. Derved blir luften i rommet 26 raskt komprimert. Luft tillates å gå inn i sylinderen 16 under det oppadgående stempel 24 gjennom hullet 40. Således blir det ikke dannet noe nevne-verdig vakuum for dempning av den oppadgående stempelbevegelse. Den komprimerte luft i rommet 26 virker som en første luftfjær slik at når den økende fjærkraft og tyngdekraftvirkning utbalan-serer den avtagende rekylkraft, blir stemplene 20 og 24 stoppet under sin oppadgående bevegelse og blir tvangsmessig skjøvet nedad. Når styrestemplet 24 nærmer seg den nedre ende 27 av sylinderen 16, blir luften i det avtagende rom 42 komprimert for å danne en annen luftfjær som demper den avsluttende del av stemplets 24 nedadgående bevegelse. Imidlertid blir det sikret en støtdemper-virkning på grunn av hullet 40 slik at stemplet 24 ikke preller eller slår når det vender tilbake til sin hvilestilling mot eller nær" inntil deri nedre ende 27.

Når stemplet 20 returnerer nedad, blir en vesentlig del av de forbrukte gasser i kammeret 30 tømt ut gjennom avgassåpningen 35. Med innføring av en efterfølgende ladning av brennstoff eller gass gjennom innløpet 32 blir resten av de forbrukte gasser i kammeret 30 ført ut gjennom hullet 33 og hele prosessen blir gjentatt.

Det vil innsees at hvilke som helst velkjente midler til på repe-terende måte å innføre suksessive ladninger av en brennbar gassblanding i detonasjonskammeret 30 i styrt tidsrelasjon til til-bakef øringenv.av stemplet 20, kan anvendes.

Da det sylindriske hus 12 er uavhengig av bunnstemplet 28, blir det ikke utsatt for noen oppadgående skyvekraft og forblir full-stendig i ro under rekken av eksplosjoner. Dette eliminerer et-hvert tilbakestøt av huset 12, hvilket ellers kunne avstedkomme uønskede sekundære impulser i slagplaten 3o.

Når kombinasjonen av stempler 20 og 24 og stempelstangen 22 beveger seg oppad, kari enhver avvikende bevegelse som overfører et bøyemoment til sylinderen 16, kompenseres for ved hjelp av en universalunderstøttelse 50 som sylinderen 16 kan dreie seg om.. Om ønskelig kan eksplosjonsapparatet 10 være slik understøttet at retningen av den nedadgående skyvekraft danner en vinkel på f. eks. 45° med horisontalen. På denne måte kan apparatet brukes til å frembringe skjærkraftbølger såvel som kompresjonsbølger.

Metalltetningene 52 på styrestemplet 24 kan være konstruert med tilstrekkelig lekkasje til å gjøre hullet 40 overflødig. I så fall vil det fremkomme en kombinert fjærings- og støtdempervirk-ning både ved rekyl- og tilbakeføringsbevegelsen av stemplet 24.

Når begynnelsestrykket av luften i rommet 26 øker, blir den effektive fjæringsvirkning stivere. Det vil si at for en gitt kraft av gasseksplosjonen i kammeret 30 vil stemplene 20 og 24 ha rekyl-bevegelse til en mindre høyde og vil bli kastet nedad med større akselerasjon slik at den totale syklustid blir redusert. Ved øk-ning av den opprinnelige nedadrettede tilbakeføringskraft som ut-øves mot stemplet 20, er det også mulig å avgi en smalere kompresjonspuls med større amplitude. Dette skyldes det faktum åt stemplet 20 beveger seg et kortere stykke og bunnstemplet 28 beveger seg lengre og hurtigere for en gitt eksplosjons-inngangsenergi. En annen mekanisme for variasjon av eksplosjonsapparatets ydel-se står til disposisjon ved variasjon av størrelsen av hullet 40. Når dette blir gjort større, får stemplet 24 mindre motstand på grunn av delvis vakuum under dette. På den annen side vil det oppstå en mindre støtdempervirkning ved retur av styrestemplet 24 til sin hvilestilling. Hvis hullet 40 blir forstørret inntil den.nedre ende 27 ikke lenger bremser eller hindrer luftstrømmen, kan innføringen av den påfølgende gassladning i kammeret 30 tidsstyrés slik at den ankommer under tilbakeføring av stemplet .20. I så fall medfører.gassinnføringen og den samtidige tømning av forbrukte gasser, en annen fjærings/støtdempervirkning innrettet til å bremse og stoppe stemplet 20.

Anvendelse av denne oppfinnelse er ikke begrenset, spesielt til frembringelse av sykliske seismiske pulser på jordoverflaten. Uten modifikasjon av den essensielle mekaniske funksjon av ele-mentene kan f.eks. eksplosjonsapparatet 10 neddykkes i vann og av-fyres i en horisontal eller en opprettstående stilling. I så fall kan luft under lavt trykk innføres i det ringformede rom 60 undér bunnstemplet 28 og den omgivende stamme 29 for derved å presse bunndelén 14 bort fra den nedre ende av huset 12. Vann kan tillates å tre inn i den åpne toppdel av sylinderen eller vannet kan drives ut for å gi mindre forstyrrelse eller innvirk-ning på stempelbevegelsen. Tenning av apparatet kan så tjéne til å akselerere bunndelén 14 gjennom vannet for"å frembringe kompre-sjons- eller kavitasjonspulser på en måte som er velkjent innen . denne teknikk.

Claims (13)

1. Gasseksplosjonsapparat for hurtig tenning og rask syklus, omfattende et opprettstående sylindrisk hus, en bunndel som lukker den nedre ende av huset, et stempel som eir bevegbart vertikalt i huset og sammen med husets sidevegger og bunndelén avgrenser et ekspanderbart detonasjonskammer, en anordning for ut-løsning av eh gasseksplosjon i kammeret for å meddele en kompresjonspuls til bunndelén, og en anordning for reaktivering av ut-løsningsanordningen med høy repetisjonstakt efter hver syklus av stemplets rekyl og tilbakeføring,karakterisertved en første anordning (16, 22, 24) som er påvirkbar av rekylen for å sette en første gassmengde under trykk.for derved å avstedkomme en fjærkraft innrettet til å akselerere en vesentlig del av tilbakeføringsbevegelsen av stemplet, og en annen/anordning (40, 42) som er påvirkbar av tilbakeføringsbevegelsen for å sette en annen gassméngde under trykk for derved å avstedkomme eh annen motsatt rettet fjærkraft innrettet til å dempe den gjenværende del av tilbakeføringsbevegelsen og å stoppe stemplet på et ønsket sted.

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert veden støtdemperanordning som er påvirkbar av den nedadgående bevegelse for å begrense utviklingen av den annen fjærkraft.

3. Apparat ifølge krav 1,karakterisert veden opprettstående lukket gassfylt sylinder (16) som er anbragt over huset i aksiell forlengelse av dette, et styrestempel (24) som er bevegbart i sylinderen og er stivt forbundet med drivstemplet (20), og en anordning (40) for utluftning av;sylinderen under styrestemplet, hvorved gassen i sylinderen over og under styrestemplet danner henholdsvis en første og en annen anordning i form av luftfjærer, hvorav den første luftfjær sammenpresses ved rekylen, og den annen luftfjær sammenpresses ved tilbakeføring av stemplet 20, og utluftningsanordningen er innrettet til å oppta energien i den annen luftfjær.

4. Apparat ifølge krav 3,karakterisert vedat utluftningsanordningen er et hull i bunnen av sylinderen.

5- Apparat ifølge krav 4,karakterisert vedat det nevnte hull har en størrelse som kan varieres.

6. Apparat ifølge krav 3,karakterisert vedat sylinderen er understøttet ved hjelp av en anordning som tillater dreining av denne om en horisontal akse.

7. Apparat ifølge krav.1,karakterisert veden oppréttstående lukket gassfylt sylinder understøttet over huset i aksiell forlengelse av dette, og et styrestempel som er bevegbart i sylinderen og stivt forbundet med drivstemplet, med en regulert klaring anordnet mellom styrestemplet og den indre vegg i sylinderen, hvorved gassen i sylinderen over.og under styrestemplet danner henholdsvis en første og annen anordning i form av luftfjærer, hvorav den første luftfjær sammenpresses ved rekylen og den annen luftfjær sammenpresses ved tilbakeføring av stemplet 20, hvilken regulerte klaring opptar den energi som er lagret i begge fjærer.

8. Fremgangsmåte for utsendelse av en kompresjonspuls i grunnen ved anvendelse av et seismisk gasseksplosjonsapparat med et lukket ekspanderbart detonasjonskammer dannet av et stempel i et oppréttstående sylindrisk hus, og en bunndel som lukker den nedre ende av huset,karakterisert ved(a) anbringelse av den stive bunndel i direkte berøring med grunnen, (b) innføring av en ladning av brennbar gassblanding i detonasjonskammeret, (c) tenning av blandingen for utløsning av en gasseksplosjon innrettet til å meddele en kompresjonspuls til grunnen gjennom den stive bunndel og til å drive den stive toppdel oppad, (d) utnyttelse av den oppadgående bevegelse av den stive toppdel til å lagre energi i en første fjær, og (e) anvendelse av energien i den komprimerte luftfjær for derefter å assistere tyngdekraften i akselerasjonen av den stive toppdel i nedadgående retning.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisertved at den første.-fjær er en luftfjær som befinner seg utenfor huset, og at luftfjæren bringes til å avstedkomme en nedadgående forspenningskraft mot stemplet og at det er anordnet midler til å variere den effektive forspenningskraft av luftfjæren slik at bredden og amplituden av kompresjonspulsen kan varieres til-svarende.

10. Fremgang-småte ifølge krav 8,karakterisertved (f) at den nedadgående bevegelse av stemplet motvirkes ved lagring av energi i en annen fjær som er påvirkbar av den nevnte bevegelse og innrettet til å bremse og stoppe bevegelsen på et•ønsket sted, og ( 9) gjentagelse av trinnene (b) til'(f) med en ønsket repetisjonstakt.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10,karakterisertved bruk av en støtdemperanordning for opptagelse av energien i den annen fjær.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10 eller 11,karakterisert vedat den første og den annen fjær er luftfjærer.

13. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 8 til 12, •karakterisert vedat bunndelén er bevegbar nedad i . forhold til huset.