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La présente invention se rapporte à un dispositif d'é-
mission d'ondes mécaniques dans un milieu extérieur, en particu-
lier dans un milieu liquide, et pouvant être utilisé en prospection
sismique par la répétition à intervalles réguliers et rapprochés
desdites émissions.
On connait différentes sortes de dispositifs pour l'é-
mission de telles ondes mécaniques, ils font appel soit à l'ou-
verture d'une chambre contenant de l'air préalablement comprimé,
soit à la mise à feu d'un mélange de gaz combustible et d'air,
soit encore à la mise à feu d'un mélange combustible d'hydrocar-
bures liquides pulvérisés et d'air sous pression, ou bien dans une
chambre débouch~nt sur le milieu extérieur ou bien dans une telle
chambre qui, postérieurement à la mise à feu du mélange, est mise
en communication avec une seconde chambre contenant un volume de
mélange combustible de composition analogue.
Ces différents dispositifs sont caractérisés par une
double limitation, d'une part, de la somme d'énergie disponible
par dispositif et par émission, ceci étant dû à la nécessaire limi-
tation de la pression préalable, et, d'autre part, du coefficient
de transmission de l'énergie du milieu gazeux au milieu liquide
du fait de la faiblesse de l'angle solide sous lequel l'émission
est faite dans les différents dispositifs.
Pour ces raisons, l'utilisatlon en sismique marine de
tels générateurs, s'est accompagnée d'une multiplication considé-
rable des sources d'émissions ce qui a conduit à la complexité des
équipements et à leur coût élevé.
Le dispositif suivant la présente invention permet de
pallier ces difficultés en donnant le moyen d'appliquer des sur-
pressions de l'ordre de 800 bar, et en intéressant une zone d' im-
pact importante. L'augmentation de la somme d'énergie mise en jeuet l'amélioration du coefficient de transmission permettent de li-
miter la multiplication des dispositifs à la satisfact~n des seules ;
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nécessités d'élimination des ondes de surface.
Le dispositif d'émission d'ondes mécaniques suivant
l'invention comporte une soupape, un corps muni d'un siège pour
ladite soupape, lesdits corps et soupape étant coaxiaux et délimi-
tant une chambre de combustion pouvant atre mise en communication
avec l'extérleur par translation axiale de la soupape, ladite
chambre étant munie de moyens d'introduction de carburant et de
comburant et de moyens d'ignition, il est caractérisé en ce que la
soupape est un piston différentiel dont une face constitue une par-
roi mobile d'un réservoir de fluide sous pression et une partie de
l'autre face constitue une paroi mobile de la chambre de combustion.
Dans certains modes de réalisation, le siège de soupape
comporte une saillie annulaire assurant l'étanchéité avec la sou-
pape, la hauteur de la saillie étant de quelques dixièmes de milli-
mètres.
Dans d'autres modes de réalisation la soupape comporte
une saillie annulaire assurant l'étanchéité avec le siège de sou-
pape, la hauteur de ladite saillie étant de quelques dixièmes de
millimètre.
Dans les divers modes de realisation, les surfaces en
regard du siège de soupape et de la soupape, hors de la chambre de
combustion à et partir de la saillie annulaire, ont par rapport à
l'axe commun une inclinaison égale et d'au moins quelques degrés,
l'écartement entre des surfaces étant égal à la hauteur de la
saillie, de plus, la projection suivant l'axe des surfaces en regard
du siège de soupape et de la soupape, hors de la chambre de com-
bustion et à partir de la saillie annulaire, étant au moins égale
à 25 % de la projection suivant l'axe de la surface de la paroi
mobile de la chambre de combustion.
Dans un mode de réalisation préféré, la chambre de com-
bustion est annulaire, la soupape étant à l'intérieur du corps.
Dans d'autres modes de réalisation la chambre de combus-
-
' ~0314Sl
tion est annulaire mais la soupape est à l'extérieur du corps.
Dans un mode différent de réalisation la chambre de
combustion occupe une partie axiale du corps, la soupape coulissant
à l'intérieur dudit corps, et des évents étant ménagés dans le
corps en regard et au droit du siège de la soupape.
L'invention sera mieux comprise dans la description sui-
vante, donnée à titre non limitatif, des modes de réalisation il-
lustrés par les figures:
Figure 1 - Dispositif avec chambre de combustion annu-
laire et soupape à l'intérièur du corps.
Figure la- Détail du siège de soupape, avec saillie sur
le corps
Figure lb- Détail du siège de soupape, avec saillie sur
la soupape
Figure 2 - Dispositif avec chambre de combustion annu-
laire et soupape à l'extérieur du corps
Figure 2a-~Détail du siège de soupape, avec saillie sur
le corps
Figure 2b- Détail du siège de soupape, avec saillie sur
la soupape
Figure 3 - Dispositif avec chambre de combustion et
soupape axiales
Figure 3a- Coupe de la figure 3 suivant XX'
Figure 3b- Détail du siège de soupape, avec saillie sur
le corps
Figure 3c- Détail du siège de soupape, avec saillie sur
la soupape
Dans une réalisation représentée par la figure 1, le
dispositif d'émissions d'ondes mécaniques comprend un corps 1
cylindrique délimitant deux cavités cylindriques, de section cir-
~-ulaire, coaxiales et communiquantes, une cavité inférieure 2 de
rayon r et une cavité supérieure 3 de rayon R, telles que le rap-
--3--
10314S~ .
port de R à r est compris entre 1 et 4.
AU droit et sur le contour intérieur de la cavité infé-
rieure 2, le corps 1 comporte une cavité annulaire 5 dans laquelle
débouchent des conduits tels que 6 pour 1'amenée dlair sous pres-
sion et 7 pour l'amenée de carburant, ainsi que 8 pour la mise en
place d'un moyen d'ignition 9..
La cavité inférieure 2 débouche vers le bas sur l'exté-
rieur par une ouverture axiale circulaire 10 entaillant le corps 1
suivant un passage de section tronconique 11.
La cavité 3 est ouverte vers le haut suivant b~ute sa
section et comporte dans sa partie médiane au moins deux orifices
dont les uns tels que 12 pour l~arrivée d'air sous pression, déli-
vré par une électrovanne à trois voies 13 et les autres, tels que
14, pour l'évacuation du même air comprimé sur une soupape pilotée
15 par la mêmelélectrovanne.
La cavité 3 est fermée, à sa partie supérieure, par un
chapeau 16 cylindrique, coaxial avec le corps 1 et fixé sur ledit
corps 1. Le chapeau 16 comporte un logement cylindrique 17 coaxial
et communiquant avec la cavité 3 et dont le rayon r' est tel que
R/r' est choisi de 2 à 5. Le chapeau 16 limite la cavité 3 par une
face annulaire 18.
Sur ladite face annulaire 18 du chapeau 16 débouchent
un orifice 19 d'amenée d'air Sou9 pression et un orifice 20 d'éva-
cuation du même air sur une soupape pilotée 21 par l'électrovanne
13.
A la partie supérieure du logement 17 débouchent: un
orifice 22 d'arrivée de fluide carburant et un ou plusieurs orifices
tels que 23 d'évacuatio~ du fluide carburant qui par des conduits
tels que 7, débouchant dans la cavité annulaire 5, alimentent des
injecteurs tels que 24.
A l'intérieur du corps 1 est logée une soupape 25 cou-
lissant dans la cavité 2 et solidaire d'un piston 26 coulissant
~0314S~
dans la moitié inférieure de la cavité 3. La soupape 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'étanch~ité ~8.
La soupape 25 cylindrique de section dr~ite circulaire
dans la majeure partie 29 se termine vers le bas par un contour
tronconique 30 dont l'angle au sommet est le même que celui du tronc
de cône 11.
La surface tronconique 30 de la soupape 25 prend appui
sur la surface tronconique 11 suivant une zone annulaire corres-
pondant à une saillie 31 qui sur les figures 1 et (la) est partieintégrante du corps 1.
Dans la réalisation suivant la figure (lb), la saillie
31 est partie intégrante de la soupape 25. Dans l'une et l'autre
réalisation la saillie, qui est partie intégrante dans un cas du
siège et dans l'autre de la soupape, a une hauteur de quelques di-
xièmes de millimètre et une largeur de quelques millimiètres.
Dans les réalisations illustrées sur les figures (la) et
(lb), les surfaces en regard du siege de soupape 11 et de la sou-
pape hors de la chambre de combustion et à partir de la saillie
annulaire, lesdites surfaces étant désignées par 30b, ont par rap-
port à l'axe commun une inclinaison égale, et d'au moins quelques
degrés, l'écartement entre les surfaces étant ~gal à la hauteur de
la saillie.
La projection suivant l'axe xx' de la surface tronconi-
que 30 b est au moins ~gale à 25 % de la projection suivant l'axe
xx' de la surface tronconique 30.
A l'intérieur de la cavité supérieure 3 et du logement
cylindrique 17 coulisse un piston à section différentielle 32 mu-
ni de joints d'étanchéité d'une part sur la partie se déplaçant dans
la cavité 3 et d'autre part sur la partie se déplaçant dans le loge-
ment cylindrique 17.
La partie médiane de la cavité 3, comprise entre les
- . - . - ..... .. - ... . . . ..
103~451
pistons 26 et 32 lors de l'écartement des 2 pistons constitue un
réservoir de fluide sous pression 3S dit chambre pneumatique.
La partie de la cavité 3 comprise entre le piston 32 et
le chapeau 16 constitue, lorsque le piston s'écarte du dit chapeau
une chambre annulaire 36 occupée par le même fluide sous pression
que la chambre 35.
La figure 2 représente une réalisation dans laquelle le
dispositif d'émission d'ondes mécaniques comprend un corps 1 de
révolution autour d'un axe xx', comprenant de haut en bas quatres
parties. Les trois premières parties sont cylindriques de longueurs
a, b, c comparables et pouvant être égales, et de rayons A,B,C.
décroissants. Lesdits rayons dans l'exemple de la ~igure 2, sont
entre eux sensi~lement dans les mêmes rapports que le sont entre
eux les chiffres 3, 2 et 1.
La quatrième partie tronconique de contour 11, le sommet
du cone se trouvant sur l'axe XX' au dessus de ladite quatrième
partie, a une longueur, suivant l'axe XX', inférieure à celle des
parties précédentes, par exemple le quart de C et un rayon D de la
base inférieure compris entre les valeurs de A et de B. Pour des
commodités d'usinage et de montage, l'une ou l'autre des parties
~nf~rieure ou supérieure du corps 1 est fixée par des moyens connus
en soi sur le reste de la pièce 1, le long par exemple des surfaces
correspondant à des traits discontinus f et f'.
La partie cylindrique supérieure de rayon A comporte une
rainure annulaire délimitant une chambre annulaire 2, creusée sur
la face annulaire inférieure. La section droite de ladite rainure
est rectangu~aire, elle est limitée latéralement par deux surfaces
cylindriques respectivement de rayons B et E. Le rayon E est com-
pris entre A et B.
Autour de la partie cylindrique de rayon B du corps 1
coulisse un cylindre constituant une soupape 25. Ladite soupape a
un rayon intérieur supérieur à B de quelques centi~mes
-6-
. .
., .
314~i~
de millimètre. Ladite soupape 25 a son extrémité inférieure tron-
quée par une surface tronconique 30 dont le sommet est située sur
1'axe XX" vers le haut par rapport au contour 30. Les angles au
sommet du tronc de cone 11 limitant la partie inférieure du corps 1
et du tronc de cone 30, limitant la soupape 25, sont égaux.
La soupape 25 est munie d'au moins un joint d'étanchéi-
té 27a sur la partie supérieure de son contour externe et d'au
moins un joint d~étanchéité 27b sur son contour interne.
Dans la réalisation illustrée par les figures 2 et 2a,
la surface tronconique 11 comporte sur sa partie haute une saillie
31, haute de quelques dixièmes de millimètre et large de quelques
millimètres, constituant le siège de la soupape 25.
- Dans la réalisation illustrée par la figure 2b, une
saillie est partie intégrante de la surface tronconique 30, ladite
saillie est haute de quelques dixièmes de millimètre et large de
quelques millimètres,son contour tronconique constitue la portée
de la soupape 25 sur la zone supérieure du siège tronconique 11.
Dans les réalisations illustrées par les figures 2a et
2b, les surfaces, en regard du siège de soupape 11 et de la soupape
25, hors de la chambre de combustion et a partir de la saillie
annulaire 31, lesdites surfaces étant désignées par 30b, ont par
rapport à l'axe commun une inclinaison égale et d'au moins quelques
degrés, l'écartement entre ces surfaces étant égal à la hauteur de
la saillie 31.
La projection suivant l'axe XX' de la surface tronconi-
que 30b est au moins égales à 25 % de la projection suivant l'axe
XX' de la surface tronconique 30.
Les deux parties cylindriques de rayons B et C et la
partie tronconique de rayon D à la base délimitent dans le corps 1
une cavité annulaire 5 qui est fermée ou mise en communication avec
l'espace extérieur par le moyen de la soupape 25.
Dans la cavité 5 débouchent au moins un conduit tel que
. . - - .... .. . . - - -.: .
. .... . .
1031~5~
6 pour l'amenée de l'air sous pression, des conduits tels que 7
pour 1~amenée du fluide carburant à un injecteur et des conduits
tels que 8 pour la mise en place de moyens d'ignition 9.
Le corps 1 comporte dans S2 masse, deux logements cylin-
driques coaxiaux et communiquants, de bas en haut, le logement 17
de rayon r~ et le logement 43 de rayon R tels que le rapport R/r'
est compris entre 2 et 4.
Le logement 43 débouche sur la face externe supérieure
du corps 1 suivant une section circulaire de rayon R. Sur ladite
section est fixée une plaque de fermeture 44 traversée par un con-
duit 12b pour l'amenée d'air sous pression à partir d'une électro- :~
vanne à trois voies 13.
A 1 ' intérieur desdits logements 17 et 43 coulisse un
piston à section différentielle 32, ledit piston délimite dans le
logement cylindrique 43 un volume cylindrique 35 entre le piston
32 et la plaque de fermeture 44.
Sur le fond du logement 17 débouchent un orifice 22 d~ar-
rivée de fluide carburant et un orifice 23 d'évacuation dudit fluide
carburant, qui, par un conduit 7, percé dans la masse du corps 1 t
alimente au moins un injecteur tel que 24 débouchant sur la paroi
interne de la chambre annulaire 5 et, dans la réalisation illustrée
par la figure 2, sur la face inférieure de ladite chambre par raison
de commodité pour le démontage.
Dans une réalisation ill,ustrée par la figure 3, le dis-
positif d'émission d'ondes mécaniques comprend un corps inférieur
(lb) cylindrique, de section droite, circulaire, délimitant un lo-
gement cylindrique coaxial 2 et un corps supérieur (la) constituant
le chapeau du dispositif, coaxial avec le corps inférieur 16, sur
lequel il est fixé par le moyen de brides perforées 37 et de bou-
lons 33.
Le corps inférieur (lb) a son contour supérieur 39 en-
taillé de crénaux 40 séparant des zones d'appui 41 du corps supé-
--8--
-. : - .
, ~ . -: . :.. .
` ~031451
rieur (la), ce qui est illustré par la figure 3c, qui représente
une coupe du corps 16 suivant le plan XX'.
Le corps supérieur (la) comporte une cavité 5 débouchant
vers le bas sur le logement cylindrique 2 ladite cavité 5 étant
limitée par une paroi 42 sur laquelle débouchent des conduits tels
que 6 pour l'amenée d'air sous pression, des conduits tels que 7
pour l'amenée des fluides carburants et son admission par le moyen
- d~injecteurs tels que 24 et des conduits tels que 8 pour la m.ise
en place d'un moyen d'ignition.9.
Une soupape 25 cylindrique coulisse longitudinalement
dans le logement 2 de telle sorte que sa face inférieure délimite
avec la partie inférieure du logement 2 une cavité 35a, partie in-
férieure dudit logement 2. Dans la cavité 35a débouchent un ou
plusieurs conduits tels que 12a pour l'arrivée d'air sous pression.
Le co~ps supérieur (la`), comporte dans sa masse, deux .
logements cylindriques coaxiaux et communiquants, de bas en haut,
le logement 17 de rayon r' et le logement 43 de rayon R, tels que
le rapport R/r' est compris entre 2et4.
Le logement 43 débouche sur la face externe supérieure
20 du corps (la) suivant une cercle de rayon R. Sur ladite face ex-
terne supérieure du corps (la) est fixée une plaque de fermenture
44, traversée par un conduit 12b pour l'amenée d'air sou~ pression
à partir d'une ~lectrovanne à troix voies 13.
A l'intérieur des logements 17 et 43 coulisse un piston
à section différentielle 32. Ledit piston délimite dans le logement
cylindrique 43 un volume cylindrique 35b entre le piston 32 et la
plaque de fermeture 44.
Sur le fond du logement 17 débouchent un conduit 22 d'ar-
rivée de fluide carburant et un conduit 23 d'évacuation dudit flui-
30 de carburant, qui, par un conduit 7 percé dans la masse du corps(la) alimente au moins un injecteur tel que 24, débouchant sur la
face inférieure 42 du corps (la).
_g_
. . - . . - ~ ~ ~
103~451
Le corps supérieur (la) est limité vers le bas par une
surface tronconique coaxiale 11, comportant, dans la réalisation
illustrée par les figures 3 et 3b, une saillie 31 haute de quelques
dixièmes de millimètre et large de queIques millimètres, située
proche du contour interne de la surface 11.
La soupape 25 est limitée vers le haut par une surface
tronconique coaxiale 30 de même angle au sommet que la surface tron- .
conique 11.
Lorsque la soupape 25 repose sur son siège 11, le contact
est établi entre la surface 30 et le contour externe de la saillie
31.
Dans la réalisation illustrée par la figure 3c la sur-
face tronconique 30 comporte une saillie 31 par laquelle s'établit
le contact de la soupape 25 avec le siège 11.
Le dispositif d'émission d'ondes mécaniques tel qu'il
est représenté sur la figure 1 fonctionne de la mani~re suivante:
L'éjection des gaz brûlés de l'appareil peut être soit
commandée, soit automatique. En technique sismique courante, le
fonctionnement est commandé à partir du laboratoire d'enregistre-
ment. Le fonctionnement automatique implique l'asservissement du
laboratoire d'enregistrement au dispositif d'émission.
Dans les deux cas de fonctionnement, le gaz comburant
est introduit en permanence par le conduit 6 dans la chambre de
combustion 5. Simultanément de l'air comprimé est introduit par le
conduit 19 dans la chambre 36, cet air comprimé pousse le piston
32 vers le bas et appuie sur le piston 26 qui fait appliquer la sou-
pape 25 sur le siège 11, fermant ainsi la chambre de combustion 5.
On excite la bobine de l'électrovanne 13 à trois voies
qui simultanément introduit.de l'air sous pression dans les sous-
papes 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 avec l'extérieur. L'air intro-
--10--
- 1031451
duit dans la chambre 35 remplit deux fonctions simultanément: la
première est de maintenir la soupape 25 sur son siège, 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 pénétrer au travers des injecteurs 24 dans la chambre
5. Le carburant s'enflamme au contact des moyens d'ignition 9. La
combustion très rapide transforme le mélange carburant-comburant
en gaz dits de combustion sous haute température et haute pression.
ler cas de fonctionnement: Ejection commandée
Dans ce cas l'air introduit dans la chambre 35 par la
commande de l'électrovanne 13 est à une pression telle qu'il main-
tient la fermeture de la soupape 25 lorsque la combustion est ter-
minée.
Pour commander l'éjection des gaz de combustion l'exci-
tation de l'électrovanne n 13 est supprimée, la soupape pilotée 15
libère l'air de la chambre 35 et met cette chambre en communication
avec l'extérieur, la soupape 25 n'est plus maintenue sur son siège,
la poussée de bas en haut des gaz sur le contour 30 fait lever la
soupape 25 de fa~on telle qu'elle libère très rapidement les gaz
de combustion. Simultanément la soupape pilotée 21 obture le con-
duit 20 et l'air comprimé venant par le conduit 19 remet progressi-
vement l'appareil en position pour un nouveau cycle de fonctionne-
ment, cette dernière opération étant de durée telle que la totalité
des gaz de combustion soient évacués.
2ème cas de fonctionnement: Ejection automatique
Dans ce cas l'air introduit dans la chambre 35 par la
commande de l'électrovanne 13 est à une pression telle que, pour
une valeur intermédiaire de pression des gaz de combustion, pression
inférieure à la pression normale de fin de combustion et supérieure
à la pression initiale du gaz comburant, la soupape 25 ne soit plus
maintenue sur son siège 11, la poussée de bas en haut sur les pa-
--11--
0314Sl
rois 30 fait lever la soupape 25. Les gaz s'introduisent dans l'es-
pace compris entre la soupape 25 et son siègè 11, cet espace vient
augmenter la surface de poussée des gaz de bas en haut et accélérer
ainsi la levée de la soupape 25.
Les gaz de combustion sont libérés très rapidement.
Lorsque l'excitation de l'é ectrovanne 13 est supprimée,
l'air compris dans la chambre 35 est évacué et le fonctionnement
est identique pour sa phase finale au cas précédent.
La différence entre les deux types de fonctionnement
est, en résumé, que:
- dans le cas "commandé" la pression d'air introduit
dans 35 maintient la soupape 25 fermée et la commande de tir est
donnée par l'arr8t de l'excitation de l'électrovanne 13.
- dans le cas "automatique", la pression d'air intro-
duit dans 35 ne maintient plus la soupape 25 à partir d'une pres-
sion de gaz de combustion dans la chambre 5 et l'ouverture s'effec-
tue indépendament de l'arrêt de l'excitation de l'électrovanne 13.
Le fonctionnement des dispositifs d'émission tels que
représentés sur les figures 2 et 3 est le même que pour le dispo-
sitif selon la figure 1. Il faut seulement préciser que dans lesr~alisations représentées, seul le fonctionnement commandé est pos-
sible.
Les caractéristiques principales des trois réalisations
sont:
Réalisation 1 2 3
Poids 450 kg 80 kg 80 kg
. Hauteur 1 m 50 cm 80 cm
Diamètre 50 cm 35 cm 30 cm
Capacité de2.000 cm3 390 cm3 160 cm3
la chambre de
combustion
-12-
- , - .
``~ ` 10314S~
La consommation de carburant pour une injection dans
une chambre à 140 bar est de 2 centimètr~s cubes de gasoil pour 16
centimètres cubes de chambre.
En fonctionnement commandé, les émissions sont espacées
de 6 à 10 secondes. En fonctionnement automatique, il faut prévoir
un rythme d~exploitation d'une émission toutes les 5 secondes en-
viron.
Il a été précisé qu'en employant comme carburant de l'air~
à 140 bar, la pression d'émission couramment atteinte est de 800
bar, on peut envisager, par l'emploi d'air enrichi en oxygène de
porter la pression d'émission à 1.200 bar et même 1.400 bar.
Dans un mode de réalisation suivant la figure 1, les
gaz de combustion sont injectés axialement dans les milieux liquides
du haut vers le bas.
Ce mode d'injection favorise une focalisation de l'éner-
gie de détente vers une zone située sous l'appareil et augemente le
spectre d'émission d'ondes acoustiques vers les hautes fréquences.
Dans le mode de réalisation suivant la figure 2, les
gaz de combùstion sont injectés dans les milieux liquides en nappes
radiales légèrement inclinées vers le bas. La surface de contact
entre gaz et liquide étant importante, le dispositif suivant la
figure 2 favorise les fréquences basses du spectre d'émission d'on-
de mécanique.
Dans le mode de r~alisation suivant la figure 3, les
gaz de combustion sont injectés radialement dans le milieu liquide
et suivant des jets indépendants. L'injection radiale évite tout
effet de réaction, l'appareil ne se soulevant pas lors de l'ouver-
ture de la soupape.
Cette dernière disposition très utile dans les cas de
faible profondeur d'eau (lagune, marée, étang) est aussi tr~s in-
téressante dans les cas de fonctionnement dans des milieux chargés
de boue (bassin à boue sur les emplacements de forage). Les cré-
neaux abritant la soupape contre les corps solides.
