Brevet FR2546634A1 — publié le 19841130

La présente invention a pour objet un appareil pour engendrer dans une iiasse deeau des impulsions acoustiques, utilisable par exemple en exploration sismique Cet appa- reil est communément appelé "canon à eau". On connaît des appareils générateurs d'impulsions acoustiques dans l'eau, par exemple, suivant les Brevets Amé- ricains N 3 369 627 3 642 090, 3 642 089 t 3 711 824, 4.131 178, 4 185 714, 4 303 141 et les Brevets Français Né 2 307 999 et 2 308 112. Le brevet américain No 4 303 141 décrit un appareil de projection de bouchons liquides qui comprend un générateur, ayant une enceinte dont le fond comporte un orifice principal, destiné à être immergé dans une masse liquide pour y engen- drer de l'énergie acoustique L'enceinte comprend un alésage unique dont une partie est de plus grand diamètre que l'autre. Une première et une seconde navettes sont montées coulissan- tes dans l'enceinte La première navette forme avec l'enceinte une chambre pour y enfermer un bouchon liquide. Cette première navette est montée coulissante dans la partie de plus faible diamètre et la seconde navette est montée coulissante dans la partie de plus grand diamètre Des moyens hydrauliques et pneumatiques sont opérationellement accouplés à l'enceinte du générateur pour entraîner les na- vettes à chaque cycle en les déplaçant séparément l'une de l'autre et ensemble assujetties l'une à l'autre La première navette, durant chaque cycle, exerce une force de propulsion brutale sur le bouchon liquide enfermé qui est expulsé sous forme de jet liquide à travers l'orifice principal du fond de l'enceinte. Les moyens pneumatiques permettent de bloquer et de maintenir la première et la seconde navettes en position de repos, de dégager brusquement la première navette de la seconde navette et de projeter la première navette vers le fond de l'enceinte, de manière à expulser le bouchon liquide. Les moyens hydrauliques permettent de rapprocher la seconde navette de la première Elles sont alors solidarisées en po- sition de rapprochement Ensuite, les moyens pneumatiques ramènent les navettes ainsi solidarisées à une position ini- tiale de repos, terminant ainsi un cycle complet de fonction- nement. La présente invention à pour objet de réaliser un générateur acoustique qui, à la différence du précédent, puisse fonctionner uniquement par des moyens pneumatiques. L'invention sera mieux comprise d'après la descrip%' tion suivante de modes de réalisation spécifiques illustrés par les dessins annexés, dans lesquels s -la figure 1 représente une vue en coupe et en élévation d'un mode de réalisation préféré de générateur acoustique; la première navette du générateur est représentée en position de mise à feu; -la figure 2 représente, la première navette en fin de course "aller", moment auquel un jet de liquide est éjecté à très grande vitesse dans la masse d'eau environnante g -la figure 3 montre la seconde navette pendant qu'elle effec- tue sa course "aller"; -la figure 4 représente la seconde navette tout à la fin de sa course "aller" o elle s'accroche à la première navette; -la figure 5 représente les deux navettes accrochées effectuant ensemble leur course "retour" e et -la figure 6 est une vue en coupe agrandie de la vanne pneu- matique et de ses liaisons avec la source d'air et le géné- rateur acoustique. Selon l'invention, on réalise un générateur acous- tique dont l'enceinte comprend une partie de plus grand dia- mètre, une partie de plus petit diamètre ayant un orifice au fond, destiné à être immergé dans une masse liquide pour y engendrer de l'énergie acoustique Une première et une se- conde navettes sont montées coulissantes dans les alésages de l'enceinte La première navette forme avec l'enceinte prin- cipale une chambre pour y enfermer un bouchon liquide La première navette est montée coulissante dans la partie d'alc su Ce de Anus fuible eliatre ut la seconcde navette est montée coulissante dans la partie d'alésage de plus grand diamètre. Des moyens pneumatiques de production de force comprenant une source d'air comprimé et une vanne pneumatique sont prévus. A la fois, la source d'air et la vanne sont accouplées direc- tement aux chambres internes du générateur, principalement par des conduits d'air dans la seconde navette pour bloquer et maintenir pneumatiquement les navettes dans leur position in- itiale, pour dégager brusquement la première navette de la seconde, pour projeter la première navette vers l'orifice principal du fond,pçur rapprocher la seconde navette de la première et l'assujettir à celle-ci, et pour ramener l'en- semble de la première et seconde navettes ainsi solidarisées à leur position de départ - L'appareil acoustique 9 selon l'invention sera dé- crit de manière générale en se référant aux figures 1 à 6. L'appareil 9 fonctionne deuce manière complètement pneumatique et comprend un générateur acoustique 10 qui pro: duit des impulsions acoustiques dans une masse liquide onvi- ronnante 7, on projetant dans la masse liquide à très grande vitesse un bouchon liquide 12 sous forme de jet liquide 8 (figure 2) suivant une direction 8 a de haut en bas Le géné- rateur 10 comprend une enceinte cylindrique 14 comportant un premier alésage 15 de plus faible diamètre et un second alésage 16 de plus grand diamètre L'Lenceinte 14 comprend une paroi supérieure formant butée 17 et une paroi inférieure formant butée 18 La paroi 18 comporte un orifice principal 19 qui, on cours d'utilisations est immergé dans la masse liqui de 7 (figure l) et la paroi 17 comporte un orifice supérieut 21 Une première navette 20 et une seconde navette 22 sont montées coulissantes à l'intérieur des alésages 15 et 16. Une unité pneumatique 50 (figure 6), associée-à une vanne pneumatique à trois voies 51, actionne cycliquement la première et la seconde navettes 20 et 22 pour les déplacer ensemble ou l'une par rapport à l'autre, ainsi qu'on le dé- crit ci-après. La première navette 20 comprend un premier piston principal 24, monté coulissant dans l'alésage 15 *t muni. d'une bague d'étanchéité 25, un second piston 26 et une tige de liaison 27. La seconde navette 22 comprend un troisième piston 28 comportant un orifice 29, un quatrième piston 30 et une tige de liaison 31 ayant un alésage central 32, Les pistons 26, 28 et 30 sont coulissants et montés do manière étanche à l'intérieur des alésages 32, 15 et 16 respectivement. L'alésage 15 délimite une chambro pour bouchon li- quide 33 entre la paroi 18 et le piston 24, Une chambre-ré- servoir principale 34 est délimitée par les pistons 28, 30 ' et l'tenceinte 14 La paroi 18 et le piston 28 forment des sièges 18 a et 28 a (figura 2) respectivement Les sièges 18 a et 28 a ont des surfaces en b:seau qui s'adaptent aux surfaces coniques, 24 a et 24 b respectivement, du piston 24 La paroi 18 sert de butée au piston 24 quis à son tour, sert de butée au piston 28. A l'intérieur du l'alésage central 32, au-dessus du piston 269 se trouve une chambre de déclenchement 35 Un conduit interne 36 traversant lo piston 30 vers la chambre 35 est relié à un conduit interne 37 passant à travers le pis- ton 30 vers la chambre 34 au moyen d 9 une électro-vanne 40 montée dans l'alésage d'un manchon 22 a,,prolongeant vers le haut e le piston 30 Le manchon 22 a ooulisze de manière étan- che dans l'orifice 21 Une ligne électrique 38 fournit pério- diquement des impulsions de commande 38 a à la vanne 40 La chambre 34 est directement reliée à l'unité pneumatique 50 par une ligne externe de fluide 42. Une chambre de retour 49 est formée entre l' piston et la paroi supérieure 17, Une chambre de dégagement 44 est formée dans l*enceinte 14 entre les pistons 24 et 28 La chambre 44 est réliée à une vanne pneumatique 51 par l'inter- médiaire d'un conduit interne 43 passant longitudinalement à travers la navette 22 Quand la chambre 44 se réduit à son plus faible volumes comme le repréentent les figures 1 4 et , elle se vide dans le milieu extérieur à travers une vanne mécanique 45, normalement fermées et un conduit longitudinal interne de dégagement 46, La vanne 45 est montée dans le piston 28 et comporte-un plongour Coulissant 47 disposé de manière à assurer l'étanch&itê avec Ie siège de vanne 48. Comme l'illustre particulièrement la figure 69 l'unité pneumatique 50 comporte m compresseur d'air 41 dont la sortie estmunie d'un régulateur de pression 39 directement relié à la chambre réservoir 34 par la ligne 42. Le conduit 43 relie la vanne 51 A la chambre de dégagement 44 e La vannq 51 comprend uncorps 23 qui comporte i les alésages 61, 62 et 56, dans lesquels sont montés coulis- sants leq pistons 7,1 à 73 roapectivoment qui forment une navette 52 Les pistons 7 i 1 et 72 sont montés coulissants de manière étanche à l'intérieur dos alésages 61 et 62 tandis que le piston 73 est coulisooant mals monté sans étanchéité à L'intérieur de l'alésage ou chambre 56, Au-dessus du piston 71 se trouve une chambre su- périeure 63 et au-dessous du piston 72 une chanmbre inférieure 64 La chambre supérieure 63 est reliée en permanence à l'unité pneumatique 50 à travers l'alésage axial 66, un alé- sage diamétrique 65, le conduit 58 et la ligne 42 La cham- bre inférieure 64 est reliée en permanence à la chambre de dégagement 44 par la ligne 43 La chambre 56 est reliée en permanence à la chambre de retour 49 à travers le conduit 55. Lorsque la navette 52 se trouve dans sa position la plus basse (figuresl et 6) son piston de milieu 73 s'applique de manière étanche contre le siège inférieur 53 après s'être dégagé du siège supérieur 549 vidant ainsi la chambre de re- tour 49 dans le milieu extérieur par le conduit 559 la cham- bre 56 et le tube de dégagement 57. Quand la navette 52 se trouve à sa position la plus haute (figure 2), le piston 73 s'appuie de manière étan- che contre le siège supérieur 54 et est dégagé du siège infé- rieur 53, isolant ainsi la chambre de retour 49 du milieu extérieur et rétablissant la liaison entre la chambre de re- tour 49 et l'unité pneumatique 50 par le conduit 559 la cham- bre 56, le conduit 58 et la ligne 42 Q Ainsi la vanne 51 con- necte la chambre de retour 49 soit au milieu extérieur, par les conduits 55 et 57 ? soit à l'unité pneumatique 50, par les conduits 55, 58 et la ligne 42. Lorsque la chambre de dégagement 44 est réduite à son plus faible volume, comme le montrent les figures 1 4 et 5, le plongeur 47 de la vanne 45 est relevé de son siège 48 pour ouvrir la vanne 45 La chambre 44 alors se vide dans le milieu extérieur par la vanne 45 et le conduit 46 et la chambre inférieure 64 aussi se vide vers le milieu extérieur par le conduit 43, la chambre de dégagemnnt 44, la vanne 45 et le condu 4 t 46 La chambre 35 communique d'une manière per- manente avec le conduit 46 par un orifice de purge 35 a mé- nagé dans le piston supérieur 30 (figure 2). Pour mettre le générateur 10 en position de mise à feu, de l'air à haute pression est introduit par la ligne 42, les conduits 58, 65, 66 et les chambres 34 et 63 - Les dimensions en section de la navette 52 sont telles que la pression appliquée la repoussera vers le bas jusqu'à sa position la plus basse pour laquelle la qhambre de retour 49 est à nouveau reliée au milieu extérieur par le conduit 55, la chambre 56 et le tube de dégagement 57. FONCTIONNMIE 1 NT DU GENERATEUR 10 Un cycle complet de fonctionnement de l'appareil acoustique 9 sera décrit maintenant en se référef t aux figu- res 1 à 5. Course aller de la première narette 20 Le générateur 10 cot représenté à la figure 1 en position de '"mise à feu"' Dano cec oondîtionoi la avotte52 de la vanne 51 co trouve g so pooition la plu basse La chambreréservoir prinoipale 34 contieat de l Qair sous haute pression et l'électro-vanno 40 oot fermée Quand Ivimpulsion de déclenchement é 61 eetrique 38 a est transmise par la ligne 38 (figure 2), la vanne 40 s'ouvre pendant la durée de 11 impulsion pour relier les chambres 34 et 35 Une force de déclenchement dirigde vers le bas seexerce immédiatement sur la face supérieure du piston 26, rompant ainsi l'étanchéité entre la face supérieure 24 U du piston 24. et le Joint d'étanchéité 28 a. Mais lorsque le'piston 24 se dégage du siège 28 a, la haute pression de l'air do la chambre 34 s'e=erce sur la totalité de la surface 24 b du piston 24, ce qui provoque la projection brutale vers le bas de la navette 20 Comme les navettes 20 et 22 se séparent l'une de l'autre l Vair sous haute pression de la chambre 34 remplit la chambre 44 et le plongeur 47 se déplace vers le bas pour fermer la vanne 45 et isoler la chambre 44 Après fermeture de la vanne 45, l'air sous haute pression de la chambre 34 ne peut plus s'échapper vers le milieu extérieur. Comme la navette 20 termine sa course aller, le bouchon liquide 12 de la chambre 33 est expulsé à très grande vitesse et forme un jet de liquide très comprimé 8 qui en- gendre une énergie acoustique dans la masse d'eau 7. Course aller de la deuxième navette 22 Normalement, la vanne 40 se ferme bien avant la fin de la course aller de la navette 20, La chambre 44 reçoit de l'air sous haute pression de la chambre 34 et l'envoie dans la chambre inférieure 64 de la vanne 51 par le conduit 43 La section du piston 72 étant plus grande que la section du piston 71, une force r 4 sultante est pr 4 duite sur la navette 52 qui la déplace jusqu'à sa position supérieure et amène le piston 73 à s'appuyer de manière étanche contre le siège su- périeur 54 Le conduit 55 et la chambre 56 sont alors décon- nectés du tube de dégagement 57 Par suite, la chambre de re- tour 49 est aussi déconnectée de la masse d'eau extérieure 7 et reconnectée à l'unité pneumatique 50 par le conduit 55, la chambre 56, le conduit 58 et la ligne 42. De l'air sous haute pression du compresseur 41 com- mence à pressuriser la chambre de retour 49 Les Gections de la seconde navette 22 sont telles que lorsque les pressions dans les chambres 34, 44 et 49 se stabilisent# une force résultante dirigée vers le bas s'applique à la seconde navet- te 22 (figure 3) Par suite, la seconde navette 22 est repous- sée vers la première navette 20 à laquelle elle s'accroche tout en ouvrant la vanne 45 (figure 4) Quand le joint d'étan- chéité 28 a se trouve comprimé par la surface conique 24 b du piston 24, la chambre 44 est complètement vidée dans le mi- lieu extérieur par la vanne ouverte 45 et le conduit 46 En même temps la chambre 35 continue à purger lentement la pres- sion d'air vers le milieu extérieur par l'orifice de purge 35 a du piston 30. Course retour des navettes solidarisées 20 et 22 La vanne 40 étant fermées la chambre-rôservoir prin- cipale 34 est pressurisée à travers la ligne 42 La vanne 45 étant ouverte, la chambre de dégagement 44 et la chambre in- férieure 64 de la vanne 51 se déchargent à travers le conduit 46 vers le milieu extérieur, ce qui permet à la navette 52 de venir en position basse, à laquelle la chambre do retour 49 se trouve déconnectée de l'unité pneumatique 50 et reconnectée au milieu extérieur. L'air sous haute pression contenu dans la chambre de retour 49 est évacué à lextérleuro Quand la chambre 49 est suffisamment vidée, les deux navettes 20 et 22 accrochées en- semble retournent à leur position haute (figure 5) par suite de la différence de section dos pistons 28 et 30 Le généra- teur 10 est maintenant prêt pour le cycle suivant de fonction- nement En résumé la source d'air comprimé 41 et la vanne pneumatique 51 sont reliées au générateur 10, en sorte que le compresseur 41 alimente continuellement en air comprimé la chambre-réservoir principale 34. Lélectro-vanne 40, normalement ferméeest connec- tée entre la chambre-réservoir 34 et la chambre de déclenche- ment 35 'Quand elle est actionnée, la vanne 40 fait s'écouler de l'air comprimé de la chambre-réservoir 34 dans la chambre de déclenchement 35, ce qui propulse brusquement la première navette 20 dans sa course aller, se traduisqnt par l'expulsion du bouchon liquide 12 sous forme de Jet liquide 8. La vanne pneumatique 51 fournit l'air comprimé du compresseur 41 à la chambre de retour 49 pour rapprocher la deuxième navette 22 de la première et la aolidaricoer à celle- ci,, en fin de course, En effet loreque la nvotto 22 arrive au contact de la navette 20 (figure lê)9 le joint 2 sa est écr Zoé et comme la position de celui-ci cot choisiie tollo que la ourfreco in-* térieure de la section du pîston 241 o à non niveau, coit in-' férieure à la différence entro les ousfacos dee ootiono du- piston 26 et de la tige 27 r opocti-vomoyito il oc trouva que la résultante de l'action do la preooîou do 19 aîgr comprian 6 dans le compartiment 4 4 est dïrîgêo vozro le haut, co qui ra- mène les deux navettes 20 ot 22 enmomble à leur peoitîon ini- tiale, achevant ainsi un cycle dû fonctionnement R V Ek NDICATIONS 1 Appareil de projectîo En ds bcuchcns lîqu Id Qo ( 9)9 comprenant un générateur ( 10) doimpuloîous colâtiquea ayant une enceinte ( 14) comnprenant un preiee ali cago ( 15) ayant un fond formant Ibutée ( 18) conportant un arîúAce prncipa 1 ( 19), j un second alésage ( 16) ayant une Par-oi ére ( 17) for- mant butée, comportant un orîifice oup rieour ( 2 l), unc pwe- mière navette ( 20) compre ant un premier piston (a 4), un se- -cond piston ( 26) et une tige ( 27) rolan Lct Goa delu: pîstonâs une seconde navette ( 22) comportant un tooîneo piston ( 28)9 un quatri ème piston ( 30) et Une tige de connectiom ( 31) dans laquelle se trouve ménagé t ocm alesag O ( 52), ce pro- mier piston ( 24) étant monté coul Aoont dans le Premier a lé- sage (ij)t le 'second piston ( 26) mont 6 coulissant dans le troisième alésage ( 32), le troicièmo piton ( 28) étant monté 1.5 couli Bsant dans le premier aléoage ( 15) et le quatrième pis- ton ( 3 o) monté coulissant d"no le second alésagcz ( 16), la se- conde navette ( 22) comportant un manchon( 22 a) prolongeant le quatrième piston ( 50) à travers igorifice supérieur ( 21) dans lequel il coulisse de manière étanche, ce premier alésage (îj) délimitant une chambre ( 33) prévnee pour contenir un bouchon liquide ( 12) et disposée entre la fond formant butée ( 18) et. le preiniu r piston ( 24) et une chambre de dégagement ( 44) entre le premier piston et le troisième p oton, ce second alésage( 1 i L) délimitant une chambre de retour ( 49) entre le quatrième pis-. 2.5 ton ( 30) et la paroi formant butée supérieure ( 17), et une chambre-réservoir principale ( 34) entre la première et la se- conde navettes, caractérisé par l'utilisation d'une source d'air comprimé ( 41) et d'une Vanne pneumatique reliée'au, dit générateur ( 10), cette source ( 41) alimentant en permanence la-dite chambre-réservoir principales ( 34) on air comprimé; et une électro-vanne ( 40), normalement fermée, placée entre la chambre-réservoir ( 34) et la chambre de déclenchement ( 35), cette vanne ( 40) commandante lorsqu'elle est actionnée, le passage d'air sous pression de la chambre-réservoir ( 34) à la chambre de déclenchement ( 35)9 ontralnant ainsi brusquement vers le bas dans sa course aller la première navette ( 20) qui repousse le bouchon liquide ( 12) snous forme de jet liqui- de ( 8), et la vanne pneumatique ( 51) fournissant de l'air comprimé à partir de la source ( 41) a la chambre do retour ( 49) pour rapprocher la seconde navette ( 22) de la premi$re navet- te ( 20) et l'assujettir à celle-ci en position de rappro- chement, les deux navettes solidaires ( 20, 22) revenant alors à leur position haute. 2 Appareil selon la revendication I caractérisé en ce que la vanne pneumatique ( 51) vide la-dite chambre de retour ( 49) dans le milieu extérieur et fournit de l'air com- primé à partir de la source ( 41) à la chambre de retour ( 49) à chaque cycle de fonctionnement. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre de dégagement f 44) est reliée à une en- trée de la vanne pneumatique ( 51) par un conduit ( 43) traver- sant la seconde navette ( 22). 4 Appareil selon l'une des revendications précé dentes, caractérisé on ce que la vanne pneumatique ( 51) com prend un corps ( 23) et une troisième navette ( 52), ce corps comporte un premier, un second et un troisième alésages ( 61, 62 et 56) dans lesquels sont montés un premier, un second et un troisième pistori ( 719 72, 7 i 3) de cette troisième navet- te ( 52), le premier et le second pistons( 719 72) sont montés coulissants de manière étanche à leintérîeur des premier et second alésages ( 61, 62) et le troisim piston ( 73) est cou- lissant mais monté non de manière non étanche à l'intérieur du troisième alésage ( 56) t'une chambre supérieure ( 63) est ménagée dans ce corps ( 23) au-deasua cdu premier piston ( 7 a) et une chambre inférieure ( 64) est ménagée au-dessous du se- cond piston ( 72); cette chambre supri 5 reure ( 63) est reliée en permanence à la source da oipmé( 4)à travers un alésage axial ( 66) et un a 1 ésage dlawétrúque ( 65) de la troî- 31 ème navettes et la chambro în 'érieure ( 64) est reli 4 e en permanence à la chambre de d 6 gagûment ( 44), le troisième alé- sage ( 56) étani relié en peri-îaneaoe à la chambre de retour ( 149).