Brevet FR2361562A1 — publié le 19780310

La présente invention est relative à un dispositif pour propulser è grande vitesse un piston le long d'une enceinte tubulaire, ouverte à l'une de ses extremités, lequel piston est notamment destiné è pousser frontalement une masse de fluide contenue dans ladite enceinte puis è outre freiné brutalement à des fins de crémation d'ondes de choc utilisables en prospection sismique. Il est connu de propulser un piston dans l'enceinte tubulaire au moyen de la détente d'un gaz comprimé appliqué au droit dudit piston. Parmi ces dispositifs connus, on peut distinguer d'une part ceux dans lesquels le piston est rament è sa position initiale, sous l'effet de la pression hydrostatique du milieu liquide dans lequel ils sont plongés après avoir purge la chambre de détente du gaz comprimé susdit et, d'autre part ceux dans lesquels on rappelle ledit piston au moyen d'un piston secondaire qui lui est attelé sur l'une des faces duquel on fait agir la pression du gaz comprimé, Ce dernier type de dispositif fait notamment l'objet du brevet français no 75 12 222 et c'est å lui que la présente invention se rapporte. Dans ce type de dispositif X piston secondaire de rappel d'un piston principal, l'une des conditions de fonctionnement réside dans le fait qu'il fautgassurer que la pression du fluide comprimé agissant sur le piston secondaire de manière ê rappeler le piston principal, développe une force supérieure è celle qui est appliquée sur ledit piston principal par le gaz comprimé de propulsion détendu.Or, comme le but à- atteindre est d'obtenir une très grande vitesse du piston principal, lors de la détente de ce gaz comprimé, on comprend bien que cette détente ne peut entre que très partielle et qu'en fin de course, il règne au droit du piston principal une pression encore relative- ment importante. Comme par ailleurs la surface active du piston secondaire doit etre très inférieure à la surface active du piston principal, il est nécessaire pour que la condition susdite soit remplie de purger au moins partiellement le volume dans lequel est compris, au droit du piston principal,le gaz partiellement détendu, de maniere à faire baisser la force appliquée audit piston principal.On voit bien que, pour réaliser cette Condition, il faut d'une part disposer d'un certain temps et, autre part provoquer une fuite de gaz comprime. La présente invention a pour objet une amelioration du dispo sitif susdit, permettant dediminuer le temps nécessaire à l'établissement d'une force de rappel du piston et de réduire voire de supprimer la fuite de gaz comprimé susdite. La présente invention a donc pour objet un dispositif pour propulser à grande vitesse un piston principal, monté à coulissement dans une première enceinte tubulaire, fermée à l'une de ses extrémités, entre le fond de cette enceinte et une butée d'arrêt, dont elle est pourvue å son autre extrémité et pour rappeler ledit piston sur ledit fond. te piston susdit constitue ainsi du côte du fond de l'enceinte une chambre de volume variable susceptible d'être mise en communication avec un réservoir de gaz sous pression.Ledit piston principal constitue, par ailleurs, un equipage mobile avec un piston secondaire qui lui est solidaire au moyen d'une tige d'attelage et qui est monté à coulissement dans une seconde enceinte tubulaire fermée, déterminant ainsi dans cette enceinte une première chambre, dans laquelle s'étend ladite tige et une seconde cambre opposée b la première par rapport audit piston secondaire. La communication du réservoir susdit avec'la chambre de volume variable est réalisée par un conduit comportant une soupape de fermeture, constitube par une partie du piston principal susdit dans sa position te rappel sur le fond de l'enceinte, dont la section utile est inférieure & la section utile -du piston secondaire tourné du coté de la première chambre.Une source de gaz sous pression est reliée par une première canalisation audit réservoir, par une seconde canalisation qui comporte des moyens de son interruption, b la seconde chambre susdite, ladite seconde chambre étant équipée de moyens pour sa mise en communication au moins temporaire avec le milieu extérieur. La chambre de volume variable susdite comporte également des moyens pour sa mise en communication au moins temporaire avec le milieu extérieur. Selon l'invention, la première chambre susdite comporte un piston annulaire, monté 9 coulissement entre ladite tige et la paroi de l'en ceinte secondaire, définissant dans cette chambre deux espaces étanches l'un par rapport b l'autre, le premier d'entre eux,compris entre le piston secondaire et le piston annulaire, étant en communication permanente avec le réservoir par l'intermédiaire dtun conduit ménagé dans la tige d'attelage susdite, tandis que le second espace opposé au premier par rapport audit piston annulaire est relié sélectivement à une source de liquide sous pression et à un conduit d' échappement ou un réservoir, par l'intermédiaire d'un distributeur.. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après, a titre d'exemple purement indicatif et non limitatif, qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels c la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif conforme b l'invention; - la figure 2 est une reprécentation également schématique d'un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 3 est une représentation schématique d'un troiti**e mode de réalisationde l'invention. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on voit une enceinte tubulaire 1, fermée à l'une de ses extrémités par un fond 2, et pourvue à son autre extrémité d'un épaulement 3 -constituant une butée d'arrêt pour un piston 4 dit piston principal, monté è coulissement dans ladite enceinte. Ce piston définit avec cette enceinte une chambre de volume variable 5. Ce piston principal 4 est solidaire d'un piston secondaire 6, au moyen d'une tige d'attelage 7. Le piston 6 est monté coulissant dans une seconde enceinte tubulaire 8, définissant dans cette dernière une première chambre 9 et une seconde chambre 10. Par ailleurs, un réservoir de gaz sous pression 11 est relié par un conduit 12 à la chambre 5 susdite. On notera que la partie du piston 4 intérieure à un élément d'étanchéité 13 constitue, dans sa position en appui sur cet élément d'étanchéité, une soupape de fermeture du conduit 12. Il est également à remarquer que la surface du piston 4, comprise à l'intérieur de cet élé- ment 13 d'étanchéité, est inférieure à la surface du piston 6 tourné vers la chambre 9 susdite. Sur les figures 2- et 3, on retrouve avec les mêmes références les éléments ci-dessus décrits. En regard de la figure 1, on voit que le réservoir 11 est relié par une première canalisation 14 à une source de gaz comprimé, notamment de l'air, symboliséeen 15. La chambre 10 est également reliée à la source de pression 15 par une canalisation 16. Cette canalisation comporte des moyens de son interruption qui sont ici constitués par une électrovanne 17 à une position stable dans laquelle elle interrompt la canalisation 16, la position instable étant établie par alimentation de son circuit d'excitation 17a, laquelle alimentation peut être d' ailleurs impulsionnelle. Ladite chambre 10 comporte également des moyens pour sa mise en communication avec le milieu extérieur, qui sont ici constitués par un orifice de fuite calibré 18, On notera également que la chambre à volume variable 5 est équipée de moyens pour sa communication avec I'extérieur, constitués par un orifice 19 calibré ménagé dans le fond de l'enceinte 1. La chambre 9 susdite est équipée d'un piston annulaire 20, divisant ladite chambre en deux espaces 21 et 22, étanches l'un par rapport à l'autre L'espace 21, compris entre le piston 6 et le piston 20, est en communication permanente avec le réservoir 11, par l'intermédiaire de l'évidement central 7a ménagé dans la tige 7 et les deux ouvertures 7b et 7c, L'espace 22 est, quant b lui, relit par un conduit 23 å,selectivement, une source de liquide sous pres8ion 24, comprenant une pompe 25 et un accumulateur hydropneumatique 26, et un conduit d'Xchappesent 27.Le conduit 27, dans le cas de la figure 1, fait retour b un réservoir 28, La sélection des communications entre le conduit 23 et la source 24 ou le conduit 27 est opérée par un distributeur 29 à trois voies et deux positions stables. L'une de ces positions stables (celle représentée! de ce distributeur, dans lequel ledit espace 22 est mis à l'échappement, est établie par la fermeture de l'un de ces circuits d'excitation 30 au moyen d'un interrupteur 31 actionné par le piston principal 4, alors que ce dernier est en appui sur ltélement d'étanchéité 13. La seconde position stable du distributeur 29 qui assure la liaison du conduit 23 avec la.source de liquide sous pression 24 est établie par la fermeture de son circuit d'excitation 32 au moyen de l'interrupteur 33 actionné par le piston 4,10risque ce dernier est en butée sur l'épaulement 3. Le dispositif selon l'invention est maintenu dans sa position représentée sur la figure 1 par l'action du gaz sous pression, issu de la source 15, qui est conduit dans le réservoir ll par le conduit 14' et qui de ce réservoir il par l'intermédiaire de l'évidement 7a de la tige 7 emplit l'espace 21 de la chambre 9. En effet, l'action de ce gaz sous pression développe au droit du piston 6 une force supérieure et opposée à celle qu'il développe sur la partie du piston 4, comprise à l'intérieur de l'élément d'étanchéité 13, du fait du rapport d surfaces en cause. L'équipage mobile 4,7,6 est donc maintenu en position haute et le dispositif est, de ce fait, armé.Par alimentation du circuit d'excitation 17a du distributeur 17, on met la chambre 10, qui est une chambre de déclenchement du dispositif à la pression de la source 15. De ce fait, l'on inverse le système de forces appliqué à l'équipage mobile susdit et l'on provoque le décollement du piston 4 par rapport au joint d'étanchéité 13. Le gaz sous pression contenu dans le réservoir 11 s'engouffre alors par. le conduit 12 dans la chambre de volume variable 5 et propulse le piston jusqu'à ce qu'il vienne buter sur l'épaulement 3. Dans ce mouvement, bien entendu, le piston 6 coulisse dans l'enceinte 8 et l'air sous pression contenu dans 1' espace 21 est transféré par l'intermédiaire de l'ouverture 7b de l'évidement 7a de la tige 7 et de l'ouverture 7c dans le réservoir 11, puis dans la chambre de volume variable 5. Lorsque le piston 4 arrive en butée sur l'épaulement 3, le piston. 6 est voisin du piston annulaire 20. A ce moment, actionné par le piston 4 rinterrupteur 33 ferme le circuit d'excitation 32 du distributeur 29, qui change de position et permet l'alimentation de l'espace 22 par le liquide sous pression issu de la source 24. Cette alimentation, qui est à une pression nettement supé- rieure à la pression de la source 15, repousse le piston annulaire 20 dans 1' enceinte 8, lequel mouvement entrain la remontée de tout l'équipage mobile 6,7,4. t'air contenu dans la chambre 10 est évacué par un orifice calibré 18, qui constitue une fuite permanente à cette chambre. Au moment oh le piston 4 arrive au contact de l'élément d'étanchéité 13, la chambre de volume variable 5 est isola de la source de pression 15. Du fait qu'elle est en permanence reliée au milieu extérieur par l'orifice calibré 19, la pression qui y rogne dute très vite. Dans ce même temps, l'interrupteur 31 est fermé par ce piston 4. Le distributeur 29 change une nouvelle fois d'état et l'espace 22 est mis à l'échappement. Sous l'effet de la pression régnant dans l'espace 21, en communication avec le réservoir 11 donc lasource 15, le piston annulaire 20 est repoussé chassant devant lui, en direction du réservoir 28, le fluide contenu dans l'es- pace 22. L'équipage mobile susdit est alors maintenu en position haute par le jeu des pressions tel que décrit dessus. Sur la figure 2 realisation.du dispositif de la figure 1, dans laquelle les moyens de mise en communication de la chambre å volume variable 5 avec le milieu extérieur sont constitués par un conduit 34 ménage dans le fond 2 de la première enceinte et par un clapet 35 susceptible d'obturer ledit conduit lorsque le piston 4 a quitté sa position haute. L'un des avantages de cette disposition réside dans le fait que l'on supprime toute fuite de gaz sous pression pendant que le conduit 12 est ouvert sur la chambre 5. Sur la figure 3, on a représenté une seconde variante de réalisation du dispositif selon la figure 1, dans laquelle la canalisation 14 de liaison de la source 15 avec le réservoir ll est équipée d'un clapet 36 interrompant ladite canalisation 14 lorsque le piston 4 n'est plus en appui aur l'élément d'étanchéité 13. Par ailleurs, on notera que le circuit d'excitation 30 du distributeur 29 est ferme par un interrupteur 31a, commande par le piston secondaire 6, On voit que, dans cette variante, des que le dispositif est déclenché, il est isolé de la source pneumatique 15. De ce fait, la pression regnant dans le dispositif en fin de course est plus basse que la pression délivrée par ladite source 15, ce qui autorise l'emploi d'une source de liquide sous pression 24 de moindre puissance. En effet, le travail total à développer pour remonter l'équipage mobile est du fait de cette baisse de pression dans le dispositif, moins important que celui qu'il faut développer pour remonter l'équipage mobile, représenté dans les variantes de réalisation des figures 1 et 2. Sur les trois figures, on a représenté un réservoir 28 de liquide. il est bien évident que l'on peut imaginer, le dispositif selon l'invention étant destin b entre immergé1 que le conduit 27 débouche directement dans le milieu ambiant et que le conduit d'aspiration de la pompe 25 soit simplement un conduit d'aspiration de l'eau du milieu ambiant. Il est cependant préférabe d'employerun circuit hydraulique utilisant de l'huile ou de lteau douce,lorsque le dispositif est utilise en mer, afin de pallier les inconvénients de la corrosion de l'au de mer. Les avantages de l'invention résident dans le fait qu'elle permet d'économiser du fluide pneumatique sous pression. En effet, en provoquant une remontée rapide de l'équipage mobile et en interdisant pratiquement toute fuite d'air comprimé dans le milieu extérieur notamment en ce qui concerne les réalinations des figures 2 et 3, on réduit énormément le débit de fluide sous pression nécessaire au fonctionnemen- du dispositif.La source 15 peut donc Entre choisie pour délivrer un gaz comprimé sous haute pression a un très faible débit, qui est juste nécessaire pour faire le point des pertes de gaz comprimé par les orifices 18 et 19 (figure 1) et par Orifice 18 et le conduit 34 (figures 2 et3). De ce fait, l'invention est avantageuse car elle permet d'équiper un bateau pour campagne de tir, ayant une puissance installée donnée d'un nombre plus important de sources sismiques et donc d'augmenter la puissa ce de tir de ce bateau. L'invention trouve une application intéressante dans le domaine de l'étude des fonds immergés par sismique réflexion. Elle n1est pas limitée à la description qui vient d'en Btre donnée mais couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour propulser à grande vitesse un piston principal, monté & coulissement dans une première enceinte tubulaire, fermée à lune de ses extrémités, entre le fond de cette enceinte et une butee d'arrêt dont elle est pourvue à son autre extrémité, et pour rappeler ledit piston sur ledit fond, le piston constituant ainsi du côté du fond une chambre de volume variable susceptible d'être mise en communication avec un réservoir de gaz sous pression ledit piston principal constituant un équipage mobile avec un piston secondaire, qui lui est solidaire au moyen d'une tige d'attelage et qui est monté à coulissement dans une seconde enceinte tubulaire fermée, déterminant ainsi dans cette seconde enceinte une première chambre, dans laquelle s'étend ladite tige et une seconde chambre opposée à la première par rapport audit piston secondaire, la chambre de volume variable susdite étant reliée audit réservoir de gaz par un conduit, ledit piston principal constituant, dans sa position de rappel sur le fond de I'enceinte, une soupape de fermeture dudit conduit, dont la sectlon utile est inférieure à la surface utile du piston secondaire tourné du côté de la première chambre, une source de gaz sous pression étant reliée par une premiere canalisation audit réservoir, par une seconde canalisation comportant des moyens de son interruption à la seconde chambre susdite, ladite seconde chambre étant équipée de moyens pour sa mise en communication au moins temporaire avec le milieu extérieur, tandis que la chambre de volume variable est équipée de moyens pour sa mise en communication au moins temporaire avec le milieu extérieur, carac térisé en ce que la première chambre susdite comporte un piston annulaire monté à coulissement entre ladite tige et la paroi de l'enceinte secondaire, définis- ayant dans cette chambre deux espaces étanches l'un par rapport à l'autre, le premier d'entre eux, compris entre le piston secondaire et le piston annulaire, étant en communication permanente avec le réservoir par l'intermédiaire d'un conduit ménage dans la tige d'attelage susdite, tandis que le second espace opposé au premier par rapport au piston annulaire est relié sélèctivement à une source de liquide sous pression et à un conduit d'échappement ou un réservoir par l'intermédiaire d'un distributeur. 2. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que la première canalisation susdite comporte des moyens pour son interruption, constitués par un clapet maintenu dans sa position d'ouverture de ladite cana- lisation par le piston secondaire, lorsque le piston principal est maintenu sur le fond de la première enceinte susdite. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens susdits de mise en communication de la chambre à volume variable avec le milieu extérieur sont constitués par un orifice calibré ménagé dans la paroi de fond de la première enceinte. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens susdits de mise en communication de la chambre a volume variable avec le milieu extérieur sont constitues par un orifice ménagé dans la paroi de fond de la première enceinte et par un clapet de fermeture de cet orifice, maintenu dans sa position d'ouverture par le piston principal, brsqu'il est rappelé en appui sur le fond susdit. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dents, caractérisé en ce que le distributeur susdit est å trois voies et deux positions stables établissant, dans une première position, une communication entre le second espace et la source de liquide sous pression et, dans une seconde position, une communication entre le second espace et le conduit d'échappement ou le réservoir susdit, la première position étant établie électromagnétiquement lorsque le piston principal est en appui sur la butée d'arrêt3 la seconde position étant établie électromagnétiquement lorsque le piston principal est en appui sur le fond de la première enceinte susdite.