Brevet FR2472195A1 — publié le 19810626

ha jn- t;t e invention se rapporte d' une façon générale au domaine de La prospection sismique et elle a trait plus parti- culièremernt à un procédé et à un appareil pour injecter une im- pulsion acoustique dans le sol. On a déjà proposé d'utiliser un appareil monté sur camion et dans lequel on peut faire interve- nir une pression de gaz pour propulser une masse de percussion guidée vers le bas contre une cible rigide reposant sur le sol. Pour augmenter au maximum l'énergie cinétique de la masse de percussion au moment o elle entre en contact avec la cible dans un appareil de ce genre, on doit également augmenter au maximum la force d'entraînement pendant la course de descente de la masse. Il faut par conséquent éviter tout retard après actionnement d'un tel appareil, pendant la période o la pression de gaz est établie. L'invention a en conséquence pour but de fournir un généra- teur d'impulsions acoustiques du type décrit ci-dessus, compor- tant un dispositif perfectionné d'accélération de masse. L'invention a également pour but de fournir un dispositif perfectionné pour introduire un gaz sous pression, constituant une source d'énergie, dans un générateur d'impulsionsacoustiques du type défini ci-dessus. Conformément à un mode préféré de réalisation de l'invention, un carter cylindrique creux comportant une partie supérieure essentiellement fermée et un fond ouvert et agencé pour être supporté au-dessus du niveau du sol dans une position essentiel- lement verticale, entre en contact glissant avec un piston de percussion de profil allongé qui est supporté par un ressort. Une plaque de cible est placéedans une position adjacente au fond du carter, en étant espacée du piston et en étant alignée axialement avec celui-ci. Une source de gaz comprimé, placée à l'extérieur du carter est reliéeà l'alésage du carter par l'in- termédiaire d'une entrée commandée par valve placée au-dessus du piston et, également, par l'intermédiaire d'orifices multiples do grande section qui sont ménagés dans la paroi latérale du carter. In fonctionnement, la valve est actionnée pour décharger une petite( quant:iLé de gaz à une pression suffisante pour vaincre la force du ressort et produire un mouvement initial de descente du piston. Lorsque le piston, au cours de son mouvement de descente, dégage les orifices de la paroi latérale, la pression du gaz 24721 95 comprimé est brutalement détendue de façon à entraîner le pis- ton à grande vitesse pour exercer une percussion sur la plaque de cible, en engendrant ainsi une impulsion acoustique. Il est prévu à la partie supérieure du carter des moyens d'évent pour assurer simultanément la décharge du gaz comprimé de l'intérieur du carter vers le haut, pour produire une force de compensation de recul vers le bas sur le carter. Le ou les ressorts comprimés par le déplacement de descente du piston -sont agencés pour reprendre ensuite leur position initiale. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, un car- ter cylindrique creux, agencé pour être supporté au-dessus du niveau du sol dans une position essentiellement verticale, entre en contact glissant avec un piston de percussion de profil allongé qui est normalement retenu dans une position adjacente à l'extrémité supérieure fermée du carter à l'aide d'un verrou commandé électriquement. La paroi latérale du carter qui est adjacente à son extrémité supérieure est légè- rement conique, et elle est pourvue d'orifices de grande sec- tion qui sont reliés à une source de gaz comprimé.. Ces orifices sont initialement obturés par une partie supé- rieure-, de profil conique correspondant du piston. Des joints statiques d'étanchéité, placés-dans l'alésage intérieur du carter, au-dessus et en dessous desdits orifices, s'appliquent contre la partie conique du piston. Une composante de force appliquée par le gaz comprimé est constamment exercée vers le bas sur la paroi conique de-piston afin de l'écarter effica- cement desdits joints. Une libération rapide du verrou permet au piston de tomber librement et d'appliquer brusquement la force totale exercée par le gaz comprimé pour entraîner le piston on vue d'exercer un choc sur une p1azque de cible pou- vant être placée sur le sol dans une zone adjacente à l'ex- trémité inférieure du carter. En même temps, le gaz est dé- chargé vers le haut, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs orifices d'évent ménagés dans l'extrémité supérieure du carter, en vue de compenser une force de recul s'exerçant sur le car- ter proprement dit. Des cylindres de remontée sont prévus pour ramener le cylindre de percussion dans sa position d'ar- mement. btll I"';;all lv; (a l q e t lcaractC'rist i(lUici; dei 1' JlnvenLioll se- ilonl i: t 'il (,vidlce, arllns la suite clde la description, donnée ].liîtrf, ci'uezx;tiple non lim[itatif, en ré.f6rence aux dessins an- Vexés clans lesquels:- la l':ij. 1 est une vue en plan de l'appareil de la Fig. 1, représenté dans sa condition d'installation sur un véhicule de transpor t; la Fig. 2 est une vue en élévation, en partie en coupe faite suivant la ligne 2-2, de l'appareil de la Fig. 1; et la Fig. 3 est une vue en élévation d'un autre mode de réalisation de l'appareil selon l'invention. ur le.:. dessins, les ['ig. 1 et 2 roeprésentent un mode préf(éré de ratl. isation d'un appareil de clqénération d'impulsions acoustJi-lues 10 conforme h l'invention. Un carter cylindrique creux. 12, comportant une partie supérieure fermée 13 et un fond ouvurt, est agencé pour être support:é dans une position verticale. Des pattes 14 prévues sur la paroi latérale du carter 12 peuvent être sollicitées par tous moyens appropriés pour soulever le générateur 10 en vue de sa mise en place en position de service ou de son installation sur un véhicule de transport. Une masse de percussion, mobile par rapport au carter 12, se compose d'un piston allongé 17 pouvant coulis- ser dans un alésage 18, l'extrémité inférieure du piston 17 étant pourvue d'une plaque de percussion 20 de diamètre élargi qui est placée en dessous de l'alésage]8. Le piston 17 est supporté par deux paires de ressorts de rappel 22 qui sont montés sur des côtés opposés du carter 12, leurs extrémités sup-)ieurle eL inférieure étant reliées respectivement à des guid:' 2.3 2 tl t 1 la I)éri)li]rl-i e de l a plaqu( 20. Une pl.aque massive 24 formant cible est -agencée pour s'appuyeir sur le sol dans 'ne zone adjacente. au carter 12 et en alignemenl axial cavc(.le piston 17. La plaque-cible 24 est pourvue d'une collerette périphérique supérieure 26 qui s'cteld radialieient au-dessus d'une partie de verrouillage )28 orlientle ve'rs l' int]éiuor et placée à l.'extrémité infé- rieun e ldu carter 12. De ce tte manière, la plaqlue-cible 24 peult êttre soulevée pour son transport ou son transfert d'un endroit à' un autre. Le jeu vertical existant entre la collerette 26 et la partie de verrouillage 28 est suffisamment grand pour permettre le mouvement de descente attendu de la praque-cible 24, en réponse à un choc exercé par la plaque 20 du piston 17; Le générateur 10 est-pourvu d'un ou plusieurs accumulateurs de gaz comprimé 30 de grand volume, qui peuvent être montés sur la surface extérieure du carter 12, comme indiqué sur les fi- gures, ou bien qui peuvent être supportés séparément. Des conduits appropriés 34 et 35 assurent la liaison des accu- imI;i1 t'urs 30 respectivement avec une entrée supérieure de gaz prévue à la partie supérieure 13 du carter 12 et plusieurs orifices 44 de grande section qui sont ménagés au travers de sa paroi latérale 45. Dans la position initiale, ou d'armement, du piston 17, comme indiqué sur la Fig. 2, sa paroi latérale obture l'ouverture intérieure des orifices 44. Pour empêcher du gaz sous pression de fuir par-les orifices 44 situés au- dessus de la face 46 du piston 17 et de s'écouler vers le bas le long de l'alésage 18, le piston 17 est pourvu de joints supérieur et inférieur d'étanchéité 48, 50. Le passage du gaz comprimé par l'orifice d'admission 40 est commandé par une électrovalve 51. Des bandes verticales d'appui 52 compor- tant des extrémités supérieures biseautées assurent un guidage correct du piston 17 vers le haut et vers le bas. En fonctionnement, l'ouverture de l'électrovalve 51 assure l'admission de gaz dans l'alésage 18 par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée 40 de façon que ce gaz exerce sur le piston 17 une force suffisante pour vaincre la poussée exercée par les ressorts 22, ce qui amorce son mouvement de descente. Af;stL^ qu(Ite la face 46 du piston 17 a aui moins partiellement dégagé les orifices 44, un grand volume de qaz pénètre dans l'alésage 17 à partir des sources 30 de façon à continuer à propulser le piston 17 vers le bas, ce qui fait exercer par la plaque 20 un choc sur-la plaque-cible 24, en engendrant ainsi l'impulsion acoustique désirée. Pendant la course du piston 17, de l'air emprisonné en dessous de la plaque 20 est expulsé par l'intermédiaire de multiples trous d'échappement 54 qui sont ménagés dans la paroi latérale inférieure 55 du carter 12. L'application brusque d'une pression de gaz sur 2472195. toute la face 46 fait en sorte qu'une grande force de propul- sion soit exercée pendant une partie substantielle de la course de descente du piston 17. Il va de soi que le degré de dépla- cement dupiston 17 avant l'application de cette grande force peut être réduit sans difficulté à une valeur de l'ordre de 2,5 cm ou moins. En outre, la force disponible peut être com- modémnent augmentée par accroissement des dimensions et du nom- bre d'accumulateurs 30. A mesure que le piston 17 est entraîné vers le bas à grande vitesse, la pression de détente du gaz dans l'alésage 18 est simultanément déchargée vers le haut par l'intermédiaire d'orifices d'évent étranglés 56 qui sont ménagés dans la par- tie supérieure 13 du carter. Il en résulte la génération d'une force exercée vers le bas sur le carter 12, en vue de contre- balancer efficacement la force de réaction vers le haut qui se produirait autrement. Il en résulte que la force orientée verticalement sur le carter 12 et, par consequent, sur le véhicule porteur, est réduite au minimum, ou même éliminée, de sorte qu'on obtient une parfaite isolation aux chocs. Lors du retour du piston 17 dans sa position initiale par l'intervention des ressorts de rappel 22, un endommagement du carter 12, sous l'effet d'un dépassement de course possible, est empêché à l'aide d'un anneau élastique de sécurité 58'qui est placé à l'extrémité inférieure des guides de ressorts 23. D'une manière semblable, la surface supérieure de la partie de verrouillage 28 est pourvue d'une couche élastique 60 pour amortir une entrée en contact possible avec la collerette 26, sous l'effet d'un déplacement excessif de la cible 24 vers le bas. 3( I I e:; i,;videin tnque, oui Cn res:t tldl ina::]e cadre de la prést e:illvelnt iIon, on i tit utilis(r d'i- I'utt ries moyens pour prodlui. l-r uIne coLre;O inliti. ale du pistonL 17, n(otamlment en faisant Cri sorte qu'il tombe en chute libre sous l'effet de la gravité. Ce problème pourrait par exemple être résolu en éliminant les ressorts de rappel 22 et en prévoyant des organes de verrouillage à enclicquetage (non représentés) s'étendant vers l'intérieur du carter 12 en- dessous de la plaque 20. 24721 95 On va maintenant considérer la Fig. 3, qui représente un autre mode de réalisation d'un générateur d'impulsions acous- tiques 110. Un carter cylindrique creux 112 est agencé pour être supporté dans une position verticale. Cette orientation peut être établie par exemple en fixant des consoles 114 sur le dispositif de manutention d'un véhicule transporteur (non représenté). Un piston de percussion 118 est normalement fixé dans une zone adjacente à l'extrémité supérieure du carter 112 à l'aide de verrous à déclenchement rapide 120 qui sont commandés électriquement. L'extrémité inférieure du piston est pourvued'une plaque 122 de diamètre élargie qui comporte une partie centrale convexe 124. L'extrémité supérieure du piston 118 est pourvue d'une paroi 128 à conicité dirigée vers le haut et se terminant par une face supérieure 130. Dans une zone adjacente à l'extrémité inférieure du carter 112, il est prévu une plaque 132 formant cible et s'appliquant sur la surface du sol ou d',un autre milieu en alignement axial avec le piston de percussion 118, duquel elle est espacée. La plaque-cible 132 se compose de la plaque de base 134 et d'une colonne centrale 136 dirigée vers le haut et de laquelle fait saillie radialement une collerette 138 s'étendant jusqu'en un point adjacent à la paroi latérale inférieure 140 du carter 112. L'extrémité inférieure de la paroi latérale 140 est pourvue de nervures 144, 146 s'étendant vers l'intérieur. - La nervure 144 s'étend radialement en dessous de la colle- rette 138 afin de permettre un accrochage de la plaque-cible 132 en vue de son transport. ou de son transfert d'une position à une autre. La nervure 146 empêche tout mouvement indésirable de montée de la plaque-cible 132 par rapport au carter 112. La paroi latérale du carter 112, qui est adjacente à son extrémité supérieure, est traversée par de multiples orifices de grande section qui sont reliés à des accumulateurs 152 de grand volume. Comme indiqué sur la Fig. 3, la paroi conique 128 obture l'entrée des orifices 150 par rapport à l'intérieur du carter 118. Il est prévu des joints d'étanchéité statiques 156 et 158 sur le trou supérieur 154, de profil conique cor- respondant, du carter 112, respectivement au-dessus et en dessous des orifices 150. Ces joints 156 et 158 s'appliquent 2472195. de façon ftanche contre la paroi coniquc 128 du piston 118, en empochant ainsi du gaz sous pression de s'échapper vers le haut ou vers le bas à l'intérieur du trou du carter 112. Selon une caractéristique de la présente invention, du fait de la conicité de la paroi de piston 128, une composante de force engendrée par le gaz comprimé est exercée en permanence vers le bas sur le piston 118. Cette conicité peut corres- pondre par exemple à un angle d'environ 50 par rapport à la direction axiale, cette valeur étant suffisante pour exercer une force initiale d'écartement sur le piston.118 dans le cas o il a tendance à se coincer contre les joints 156 et 158. Cependant, la conicité ne doit pas être trop grande car alors la pression exercée vers le bas sur les verrous deviendrait excessive et il risquerait de se produire des fuites autour des joints 156 et 158. De part et d'autre du piston 118, il est prévu des vérins hydrauliques de levage 160 comportant des tiges de piston 162 qui passent au travers d'ouvertures 164 ménagées dans la plaque d'impact de piston 122. Les extrémités inférieures des tiges 162 sont pourvues d'anneaux de levage 168. Avant la mise en service du générateur 110, les-tiges de levage 162 sont descendues de manière à prendre la position indiquée en traits interrompus. A la fin de l'opération d'armement, les anneaux de levage 168 entrent en contact avec la plaque 122 et ramènent le piston 118 dans sa posi- tion initiale. En fonctionnement, les verrous 120 sont actionnés élec- triquement et sont écartés de façon que le piston d'impact 118 puisse tomber librement à partir des anneaux d'étanchéité 156 et 158. Cela permet à la pression de gaz, existant en permanence, de pénétrer par le trou 154 et d'entraîner le piston 118 vers le bas, la force de propulsion atteignant une valeur maximale au moment o la surface de piston 128 est séparée de l'anneau supérieur d'étanchéité 156. Cela peut se produire pour un mouvement résultant de descente de l'ordre du centimètre. Le piston 118 est alors entraîné à grande vitesse, de sorte que sa surface convexe d'impact 124 exerce un choc sur la surface supérieure concave correspondante 2472195. de la colonne 136 en produisant l'impulsion acoustique désirée. Pendant le mouvement de descente du piston 118, celui-ci est maintenu dans une position axiale correcte à l'aide des bandes de guidage 172 qui sont fixées sur et longitudinalement le long de la surface du piston 118. Les extrémités supérieures des bandes de guidage 172 sont biseautées pour assurer une correspondance correcte avec le trou du carter 112 lors du retour du piston 118 dans sa posi- tion supérieure. La paroi inférieure de carter 140 est pourvue d'orifices appropriés d'évent 174 faisant en sorte qu'il ne s'établisse pas de pression d'air en dessous du piston 118 car cela diminuerait l'énergie cinétique disponible. En même temps que s'effectue le mouvement de descente du piston 118, du gaz comprimé est expulsé par l'intermédiaire de l'orifice d'évent évasé 176 qui est ménagé dans la partie supérieure.178 du carter 112. Par le principe de l'action et de la réaction, cela contrebalance une force de rappel dirigée vers le haut et qui pourrait s'exercer sur le carter 112 pen- dant le fonctionnement de l'appareil. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limi- tée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles-à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées-et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 2472195. REVENDICATIONS ].- Appareil de génération d'impulsion acoustique dans un milieu, notamment le sol, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un carter cylindrique creux (12) agencé pour être supporté dans une position verticale, (b) un piston de percussion (17) mobile à l'intérieur dudit carter (12), (c) des moyens (22) pour supporter ledit piston de percussion (17), 'd) un dispositif (51) agissant en opposition auxdits yen! de support pour produire un déplacement initial de des- cente dudit piston de percussion (17), (e) une source de gaz comprimé (30, et (f) des moyens (44) enclenchés par ledit déplacement initial pour introduire brutalement ledit gaz comprimé dans ledit carter (12) afin de propulser le piston de percussion (17) vers le bas pour qu'il percute une cible (24) placée dans une position adjacente à l'extrémité inférieure du car- ter (12). 2.- Appareil de génération d'impulsion acoustique dans un milieu, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un carter cylindrique creux (12) comportant une partie supérieure fermée et un fond ouvert et agencé pour être supporté dans une position verticale, la paroi latérale (45) du carter étant traversée, dans une zone adjacente à ladite partie supérieure fermée, par plusieurs orifices (44), (b) un piston de percussion (17) mobile dans ledit carter, (c) des moyens (22) pour supporter le piston de per- cussion en vue d'obturer lesdits orifices (44), (d) une source de gaz comprimé (30) qui est reliée auxdits orifices (44), et (e) un dispositif (51) agissant en opposition auxdits moyens de support pour produire un déplacement initial vers le bas dudit piston de percussion, ce déplacement étant suffisant pour dégager lesdits orifices (44), en vue de décharger ainsi ledit gaz comprimé dans le carter (12) pour propulser le piston de percussion vers le bas de telle sorte qu'il exerce un choc sur une cible (24) placée dans une position adjacente à la base du carter. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de support comprennent un ressort (22). 4.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite partie supérieure fermée du carter est pourvue d'une entrée (18) commandée par valve et agencée pour intro- duire du gaz.comprimé provenant de ladite source (30) au- dessus du piston (17) en vue d'engendrer ledit déplacement initial. 5.Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la force produisant ledit déplacement initial est petite par rapport à la force exercée ensuite sur ledit piston de percussion (17). 6.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie supérieure fermée du carter est pourvue d'orifices d'évent (56) dirigés vers le haut de façon à exercer une réaction sur le gaz comprimé en vue de contre- balancer le mouvement de recul du carter (12). 7.- Appareil de génération d'impulsion acoustique, carac- térisé en ce qu'il comprend: (a) un carter cylindrique creux (112) comportant une partie supérieure fermée et un fond ouvert et agencé.pour être supporté dans une position verticale, la paroi latérale (140) dudit carter (150), (b) des moyens (152) pour relier lesdits orifices (1,50) avec une source de gaz comprimé, (c) un piston de percussion (118) monté-de façon (154 J coulissante dans le trou/dudit carter,la paroi du piston comportant une partie extrême (128) à conicitédirigée vers le haut, (d) des moyens (120) pour supporter le piston (118) dans une position d'armement o lesdits orifices (150) sont masqués par ladite partie conique (128) du piston (118). (e) des moyens d'étanchéité (156, 158) montés sur la paroi dudit trou et agencés pour entrer en contact étanche avec ladite partie conique (128) du piston (118) dans la position d'armement, en vue d'empêcher le gazcomprimé de pénétrer dans ledit trou, (f) des moyens pour écarter lesdits moyens de support (120) afin que le piston soit entraîné vers le bas et vienne percuter une cible (132) placée dans une position adjacente à l'extrémité inférieure du carter (112), 8.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite partie conique (128) du piston (118) s'étend vers le haut jusqu'à sa face supérieure (130), le trou (154) du carter (112) étant pourvu d'un profil conique correspondant. 9.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un déplacement du piston (118) vers le bas produit un écartement entre lesdits joints d'étanchéité (156, 158) et ladite paroi conique (128) du piston (118), en assurant ainsi l'admission du gaz comprimé au-dessus dupiston (118). 10.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du piston de percussion (118) se termine par une plaque (122) de diamètre agrandi, et en ce que lesdits moyens de support comprennent un ou plusieurs verrous (120) commandés électriquement et s'étendant radia- lement vers l'intérieur en dessous de ladite plaque (122). 11.- Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs cylindres hydrauliques de levage (160) qui sont alignés axialement avec ledit piston de percussion (118), en ce que ladite plaque de percussion (122) du.piston (118) est pourvue d'ouvertures (164) agencées pour recevoir les tiges de levage (162) desdits cylindres (160), et en ce que lesdites tiges de levage (162) peuvent être sorties pour permettre un mouvement de descente de- la plaque de percussion (122) et sont pourvues de parties-(168) pour soulever par- dessous ladite plaque de percussion (122). 12.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'évent (176) prévus dans l'extrémité supérieure fermée (178) dudit carter (112) au-dessus dudit piston (118) en vue d'expulser l'air comprimé afin de contre- balancer les forces de recul exercées vers le haut sur ledit carter (112). 12.2472195 . 13.- Apparéil de génération d'impulsion acoustique dans un milieu, notamment le sol, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un carter cylindrique creux (112) comportant une partie supérieure fermée et un fond ouvert et agencé pour être supporté dans une position verticale, la partie supérieure du trou (154) du carter (112) étant pourvue d'un profil conique en direction de ladite partie supérieure fermée, ladite partie conique étant traversée par plusieurs orifices (150) de grande section qui communiquent avec l'extérieur dudit carter (112), (b) des moyens (152) reliant lesdits orifices (150) avec une source de gaz comprimé, (c) un piston de percussion (118) mobile à l'intérieur dudit carter et comportant une partie supérieure conique (128) agencée pour épouser le profil de ladite partie conique dudit trou (154) dans la position d'armement du piston, afin de recouvrir ainsi l'entrée desdits orifices (150), une composante de force dudit gaz comprimé étant ainsi exercée de façon conti- nue vers le bas sur ladite partie conique (128) dudit piston (118), (d) des moyens (120) pour supporter ledit piston dans ladite position d'armement, (e) des joints d'étanchéité (156, 158) étant montés- sur la paroi dudit trou (154) de façon à entrer en contact étanche avec la partie conique (128) du piston (118) dans ladite position d'armement en vue d'empêcher du gaz comprimé de pénétrer dans ledit trou (154), (f) une cible (132) pouvant être placée dans une position adjacente à l'extrémité inférieure dudit carter (112), ct (g) des moyens pour écarter rapidement lesdits moyens de support (120) de façon que du gaz comprimé puisse propulser le piston (118) vers le bas en vue d'exercer un choc sur la- dite cible (132).