Brevet FR2558600A1 — publié le 19850726

- 1.- La présente invention a pour objet un dispositif perfectionné pour produire dans l'eau des ondes acoustiques. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un dispositif d'émis- sion d'impulsions acoustiques par éjection brusque dans l'eau d'une masse liquide. Un tel dispositif est utilisable par exemple pour réaliser des opéra- tions de prospection sismique en mer au cours desquelles des ébran- lements sont engendrés dans l'eau derrière un navire remorquant un ensemble récepteur constitué d'un grand nombre de capteurs tels que des hydrophones répartis tout le long d'une gaine étanche que l'on désigne usuellement par flûte sismique et o les échos sur les diffé- rentes couches réfléchissantes du sous-sol marin sont captés par l'en- semble récepteurs et sont enregistrés et traités, de manière à obtenir une représentation du sous-sol. On connait un dispositif pour engendrer dans l'eau des impulsions acoustiques par éjection d'une masse liquide accumulée dans une cham- bre à l'intérieur d'un corps creux, cette chambre étant ouverte sur le milieu extérieur à l'une de ses extrémités et délimitée à son ex- trémité opposée par un premier piston mobile. L'éjection est obtenue par un brusque ddplacement d'un premier équipage mobile constitué du premier piston et d'un second piston auquel if est réuni par une tige, -2 - ce premier équipage mobile coopérant avec un second équipage mobile pouvant coulisser à l'intérieur du corps et comportant une tige tubu- laire à l'intérieur de laquelle peut coulisser le second piston du premier équipage mobile. Le cycle de fonctionnement comporte le dépla- cement séparé ou simultané des deux équipages mobiles sous l'action de moyens moteurs comprenant un système hydraulique et un système pneu- matique coopérant avec un élément de contr8le actionné par contact entre les deux équipages mobiles, et des moyens de commande extérieurs au dispositif qui assurent la coordination des mouvements des deux équipages mobiles et leur retour, après déclenchement, vers leur posi- tion d'armement. Les moyens de commande comportent trois cylindres coaxiaux isolés les uns des autres, à l'intérieur desquels se- déplacent respectivement trois pistons rendus solidaires par une même tige. L'ensemble des trois pistons est déplaçable par action d'un système hydraulique sur le piston du cylindre médian. Le déplacement des pis- tons correspondantsdans les deux autres cylindres, l'un contenant un liquide, l'autre étant connecté à un système pneumatique, permet de déplacer les deux équipages mobiles et de déclencher le mouvement du piston principal. Le fonctionnement du dispositif nécessite l'utili- sation d'une électro-vanne à quatre voies et d'un organe de commande extérieur adaptés à actionner l'électro-vanne à deux instants succes- sifs du cycle de manière à déplacer l'ensemble des trois pistons al- ternativement dans un sens et dans le sens opposé. Un tel dispositif est décrit dans le brevet français 2.481.382. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter l'emploi d'un organe de commande pour synchroniser les différentes étapes de fonctionne- ment et de rendre automatiques les opérations de réarmement apres dé- clenchement. Il comporte un corps tubulaire ouvert sur le milieu extérieur à l'une de ses extrémités, un piston principal coulissant dans le corps pour -3 - éjecter une masse liquide hors de celui-ci, le piston principal étant relié à un piston auxiliaire pour former un premier équipage mobile, un système de manoeuvre du premier équipage mobile constitué d'un se- cond équipage mobile comportant un piston secondaire et un élément mobile adaptés à coulisser dans le corps.et réunis par une tige creuse dans laquelle le piston auxiliaire peut coulisser, l'élément mobile étant pourvu d'une ouverture centrale formant siège pour le piston principal et des moyens pour engendrer des fluides à une première pression et une seconde pression plus élevée que la première. Ces moyens coopérant avec un élément de contrôle actionné par l'appli- cation du piston principal contre l'élément mobile. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte un distributeur à tiroir dont la par- tie mobile est déplaçable dans une cavité sous les effets antagonistes d'un fluide à la seconde pression appliquée en permanence et d'une pression variable, laquelle est susceptible de prendre deux valeurs différentes selon la disposition de l'élément de contrôle, ce distri- buteur étant adapté à appliquer par intermittence h une face du pis- ton secondaire un fluide à la seconde pression. Les moyens pour engendrer les fluides comportent par exemple un géné- rateur d'air comprimé à une première pression et une source de fluide hydraulique à une seconde pression, le générateur d'air comprimé com- muniquant en permanence avec la partie du corps située entre le second piston et l'élément mobile constituant le second équipage mobile, quel- le que soit la position de celui-cio La pression variable appliquée au tiroir du distributeur est celle qui règne dans un circuit mis selon la position de l'élément de contrôle, en communication avec le milieu extérieur au dispositif ou avec le générateur d'air comprimé. L'intervention de l'élément de contrôle permettant de modifier, au moment des contacts entre les deux équipages mobiles, les pressions agissant sur le tiroir du distributeur et de changer les pressions appliquées au piston secondaire,et le choix des sections des diffé- rents éléments soumis aux pressions, a pour conséquence de rendre le cycle de réarmement complètement automatique. - 4 - D'autres caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description d'un mode préféré de réalisation du dispositif, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement en coupe le dispositif dans sa position d'armement qui est aussi sa position de repos; - la figure 2 représente schématiquement le distributeur à tiroir pour l'application intermittente au piston secondaire d'un fluide hydrau- lique; - la figure 3 représente une vue en coupe plus détaillée de la partie de l'élément mobile contenant le moyen de contr8ôle; - la figure 4 représente une vue en coupe schématique du dispositif à la fin de la phase de déclenchement o le premier équipage mobile est arrivé en fin de sa course aller et o le second équipage mobile est en train de le rejoindre; - la figure 5 représente une vue en coupe schématique du dispositif à un instant ultérieur o le second équipage mobile a rejoint le pre- mier en fin de course; et - la figure 6 représente une vue en coupe schématique du dispositif durant la phase de retour des deux équipages mobiles vers leur po- sition de réarmement. Le dispositif comporte (Fig 1 à 3 plus particulièrement) un corps tu- bulaire allongé 1 pourvu de deux chambres coaxiales 2, 3 de sections différentes qui se raccordent l'une à l'autre par un épaulement 4. La chambre 2 de moindre section est ouverte du côté opposé à l'épaule- ment 4 et communique, par une partie terminale resserrée 5 du corps pourvue d'ouvertures6, avec le milieu extérieur. Il comporte égale- ment un premier équipage mobile constitué d'un piston principal 7 et d'un piston auxiliaire 8 fixés aux deux extrémités d'une première -5- tige 9, et un second équipage mobile constitué d'un piston secondaire relié par une seconde tige 11 à un piston annulaire 12. La section celle du piston principal 7 et 'u piston annulaire 12 sont égales à la section de la chambre 2. Des joints annulaires 13, 14 sont disposés sur leur pourtour de manière à rendre leur coulissement étanche, La section du piston secondaire 10 est adaptée à la section de la chambre 3 du corps. Un joint annulaire 15 est disposé sur son pourtour pour rendre étanche son coulissement dans la chambre 3. Le piston principal 7 se raccorde à la tige 9 par une partie tronconique 16. Un alésage 17 de section adaptée à la section du piston auxiliaire 8, est ménagé dans l'axe de l'élément mobile et de la seconde tige 11. Il est pourvu à son entrée d'une partie chanfreinée 18 de forme adaptée à la partie tronconique 16 du piston principal 7. Un joint 18a est fixé au piston annulaire 12 au voisinage de la partie chanfreinée, pour bien isoler de l'intérieur de la tige 11, l'espace 60 du corps compris entre le piston principal 7 et le piston annulaire 12 lorsqu'ils sont appuyés l'un contre l'autre. La surface S2 du piston principal soumise à l'ac- tion de l'air comprimé, lorsque celui-ci est en contact du piston annulaire 12 et du joint 18a, est inférieure à la surface S1 en regard du piston auxiliaire 8. Un joint annulaire 19 est disposé sur le pour- tour du piston auxiliaire 8 pour assurer le coulissement étanche de celuici. La longueur de la tige 9 est telle que, lorsque la partie tronconique 16 vient en appui sur le chanfrein 18, le piston auxiliaire soit sensiblement au fond de l'alésage central 17. Le piston secondaire 10 comporte un prolongement tubulaire 20, du c8- té opposé au piston annulaire 12. Ce corps 1 est fermé à son extrémité opposée à la partie resserrée 5, par un couvercle 21. Un joint d'étan- chéité annulaire 61 est disposé sur le pourtour du couvercle. Ce cou- vercle est pourvu d'un alésage central de section adaptée à celle du prolongement tubulaire 20, au moins sur une partie de sa longueur, cette alésage central comportant une rainure périphérique pour un joint d'étanchéité 22. Une ouverture 23 est pratiquée dans le piston annulaire 12 pour faire communiquer en permanence la seconde chambre 3 avec l'alésage central 17 de la seconde tige 11. Deux canaux 24, 25 sont ménagés dans le piston annulaire 12 depuis la face 12a de celui-ci en regard du piston secon- daire 10 (Fig. 3). Le canal 24 le traverse de part en part, l'autre, 25, communique avec un évidement intérieur 26 débouchant dans le vo- lume 60, du côté opposé 12b du piston annulaire, par un orifice 27. Dans l'évidement 26 peut coulisser un moyen de contrôle constitué d'une soupape à pointeau 28 agencée pour isoler le canal 25 de l'ori- fice 27, en position de repos. Le pointeau traverse l'orifice 27 et dépasse à l'extérieur de la face 12b de telle manière que, lorsque le piston annulaire 12 vient en appui contre le piston principal, le pointeau soit poussé et la soupape 28 soulevée, ce qui établit la com- munication entre le canal 25 et l'espace 60 entre les deux pistons 7 et 12. Les deux canaux 24 et 25 communiquent, par l'intermédiaire de deux tuyaux 29, 30, respectivement avec deux canaux 31, 32 (Fig. 1) tra- versant de part en part le piston secondaire 10 et débouchant à l'in- térieur du prolongement tubulaire 20 de celui-ci. Trois autres canaux 33, 34, 35 traversent également le piston secondaire 10 de part en part. D'un côté, ils débouchent dans le prolongement tubulaire 20 et deux d'entre eux 33, 34 sont raccordés aux deux voies d'une électro- vanne à deux voies 36. Du côté opposé, l'un des canaux 33 débouche dans l'espace annulaire entre la seconde tige creuse 11 et la paroi extérieure du corps, et les deux autres 34, 35 débouchent à l'inté- rieur de cette seconde tige dans une chambre 59 délimitée pour le piston secondaire 10 et le piston auxiliaire 8. Le canal 35 est très fin, au moins sur une partie de sa longueur. Une ouverture 37 est pratiquée dans la paroi latérale du corps 1 au niveau de la seconde chambre 3. Un tuyau 38 connecté à un générateur d'air comprimé (non représenté), est raccordé à cette ouverture 37, de manière à maintenir en permanence une pression élevée (de l'ordre de 140 barspar exemple) dans la partie de la chambre 3 entre le pis- ton secondaire et le piston annulaire 12. -7 Le couvercle annulaire 21 à l'extrémité du corps 1 comporte une partie 39 (dont le détail est représenté à la figure 2) dans laquelle est dis- posé un système de commande constitué pour l'essentiel d'un distribu- teur à tiroir 40. Ce distributeur comporte (Fig. 2) un tiroir consti- tué de trois pistons coaxiaux 41, 42, 43 réunis par une même tige 44 et déplaçable dans une cavité 45 à trois chambres communiquantes 46a, 46b, 46c. Un alésage 47 est ménagé à travers la paroi du couvercle 21 et fait communiquer une des chambres latérales 46a avec l'extérieur. Un tuyau 48 est fixé à une extrémité à l'orifice du canal 31, au fond de l'évidement tubulaire 20, et à l'autre extrémité à la sortie de l'alésage 47. La chambre latérale 46c à l'extrémité opposée de la ca- vité 45, est prolongée par un évidement tubulaire 49 servant à guider la tige 44, à l'une de ses extrémités. Dans les deux chambres opposées 46a, 46c de la cavité débouchent deux alésages 50a, 50b auxquels se raccordent deux tuyaux 51a, 51b (Fig. 1) reliés à un système hydrauli- que d'un type connu et non représenté, qui est adapté à les alimenter en huile respectivement à haute et basse pression (240 basset 1 bar par exemple). Une voie de communication 52 est établie entre la chambre intermédiaire ou médiane 46c et l'extrémité de la chambre 3 du corps, du côté du pis- ton secondaire 10 opposé au piston annulaire 12 (chambre 62, cf. Fig. 4). Le piston intermédiaire 42 du tiroir comporte deux parties terminales opposées tronconiques. Deux butées 53, 54 sont disposés aux deux extré- mités de la chambre médiane 46b. Leur forme est adaptée à celle des parties terminales tronconiques du piston 42, de façon que lorsque celuici-vient s'appliquer successivement contre la butée 53 (première position du tiroir) et contre la butée 54 (deuxième position du tiroir) la chambre médiane 46b soit bien isolée de la chambre 46a ou de la chambre 46c. Le piston 41 coulisse dans la chambre 46a en isolant l'un de l'autre les alésages 47 et 50a, quelle que soit la position du ti- roir. Le piston 43 coulisse dans la chambre 46c. Un canal 55 fait com- muniquer l'alésage 50b avec la chambre 46c entre le piston 43 et - 8- l'alésage 49 prolongeant celle-ci. L'épaisseur du piston 43 et l'en- droit o débouche le canal 55 sont choisis de façon que, dans la se- conde position du tiroir o le piston intermédiaire 42 vient s'appli- quer contre la butée 54, le piston 43 vienne obstruer l'entrée du ca- nal 55. Un autre canal 56 fait communiquer l'alésage-50a avec l'évi- dement tubulaire 49,quelleque soit la position du tiroir dans sa cavi- té. Un moyen de calibrage 57 d'un type connu est disposé dans le canal 56 pour freiner la circulation de l'huile. Une soupape anti-retour 63 est disposée en dérivation sur le moyen de calibrage 57. L'électro-vanne 36 est commandée depuis une installation de surface au moyen d'un câble conducteur 58. Le dispositif fonctionne de la manière suivante: La position de repos du dispositif, qui correspond à sa position d'ar- mement est celle représentée à la figure 1. Le second équipage mobile est dans sa position de recul pour laquelle le piston secondaire 10 est sensiblement au contact du couvercle 21 du corps. Le premier équi- page mobile est aussi en position de recul. Dans cette position, le piston principal 7 se trouve en appui contre le piston annulaire 12 et la soupape à pointeau 28 est soulevée. La communication entre les canaux 24 et 25 est établie par l'intermédiaire de l'orifice 27 et de l'espace 60 dans la chambre 2, et de ce fait la pression hydrostatique peut s'exercer par l'intermédiaire des canaux 24, 25 et des tuyaux 29, et 48, sur le piston 41 dans la chambre 46a du distributeur 40. La pression de l'huile qui s'exerce en sens contraire sur la tige 44 dans l'évidement 49 à l'extrémité opposée de la cavité, est telle que le tiroir est maintenu dans sa première position (celle représentée aux figures 1 et 2) et la canalisation 52 est en communication avec l'huile à basse pression du tuyau 51b. Le piston secondaire 10 est soumis, du côté du couvercle 21 (chambre 62) à une pression d'huile faible et de l'autre à de l'air comprimé - 9 - à une pression élevée, et par conséquent est maintenu en position de recul. Le piston principal, du fait que la soupape à pointeau est sou- levée, est soumis à la pression hydrostatique sur ses deux faces, sauf sur sa partie tronconique en regard de l'alésage central 17 o il est soumis à l'air comprimé. Le piston auxiliaire est soumis à la pression hydrostatique par l'intermédiaire du canal 35 et à l'air comprimé sur sa face opposée. La force globale qui s'exerce sur le premier équipa- ge mobile et qui est la résultante des forces appliquées par l'air conmprimé sur les surfaces inégales S1 et S2, a pour action de mainte- nir le piston principal 7 appliqué contre le joint 18a. - On commande alors l'ouverture de ltélectro-vanne de déclenchement 36, ce qui met les canaux 33 et 34 en communication l'un avec l'autre. L'air comprimé est de ce fait appliqué sur la face du piston auxiliaire en regard du couvercle 21 (chambre 3). La nouvelle résultante des forces qui s'exercent sur le premier équi- page mobile a pour effet de l'éloigner du second. Le piston principal 7 se décolle de son siège 18 et l'air comprimé peut venir s'appliquer sur la totalité de sa face en regard du piston annulaire 12. Le pre- mier équipage mobile est alors brusquement propulsé vers la partie terminale 5 du corps contre laquelle il vient en butée (Fig. 4) et chasse hors des ouvertures 6 le volume d'eau contenu dans la première chambre 2. L'expulsion de l'eau à grande vitesse engendre dans le mi- lieu extérieur des ondes acoustiques puissantes. - Dès que le premier équipage mobile a commencé à s'éloigner du second, la soupape 28 à pointeau-se referme et isole les canalisations 24 et l'une'de l'autre. L'air comprimé est alors appliqué au piston 41 du tiroir par l'intermédiaire des canaux 24 et 31, du tuyau 48 et de l'orifice 47. Le rapport des surfaces respectives du piston 41 et de la tige 44 du coté de l'évidement 49, ainsi que le rapport des pressions de l'air et de l'huile comprimés s'exerçant en sens contraire l'une de l'autre sur le tiroir, sont tels que celui-ci se déplace vers sa 33 seconde position (Fig. 4) o le piston intermédiaire 42 vient en - 10 - appui sur le siège 54, ce qui met le canal 52 en communication avec l'alésage 50a o règne une forte pression d'huile. Cette haute pression appliquée sur la face du piston secondaire 10 en regard du couvercle 21 (chambre 62) étant supérieure à la pression de l'air comprimé appliqué sur sa face opposée, le second équipage mobile est à son tour propulsé vers l'extrémité 5 du corps o il rejoint le premier (Fig. 5). Pendant toute la phase de déplacement des deux équipages mobiles vers l'extrémité 5, le rétrécissement du canal 35 permet de maintenir la chambre 59 en surpression et d'éviter toute entrée d'eau extérieure. - Les deux équipages mobiles se trouvant de nouveau rapprochés et le piston principal 7 étant appliqué contre le joint 18a, le soulèvement de la soupape à pointeau 28 a pour effet de mettre l'espace 60 entre le piston 7 et le piston annulaire 12 à la pression hydrostatique ainsi que les canaux 24, 31 et les tuyaux 29, 48. La résultante des forces duesà l'application de la pression hydrostatique sur le piston du tiroirVde la haute pression du circuit d'huile sur la tige dans l'évidement 49 opposé, a pour effet de ramener le tiroir à sa première position (Fig. 6). Le moyen de calibrage 57 permet de temporiser son déplacement et d'éviter ainsi une décompression trop brusque de l'es- pace 62 entre le piston 10 et le couvercle 21. - I1 résulte du retour du tiroir vers sa première position que l'es- pace 62 est de nouveau en communication avec le circuit d'huile à basse pression. Le piston secondaire 10 étant exposé sur sa face oppo- sée à la haute pression de l'air comprimé, la résultante des forces appliquées a pour effet de ramener le second équipage mobile vers sa position de recul (Fig. 6). La force résultante appliquée au premier équipage mobile lorsque le piston principal 7 est au contact du pis- ton annulaire 12, tendant, ainsi qu'on l'a vu plus haut, à appliquer contre celui-ci le piston principal 10, le premier équipage mobile suit le second dans son mouvement de recul jusqu'à leur position de 2S58600 - 11 - réarmement représentée à la figure 1. Le dispositif est alors prêt pour un nouveau déclenchement. On vérifie bien que le cycle de réarmement du dispositif après son déclenchement, au moyen de l'electro-vanne 36, est entièrement automatique. - 12 - R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Dispositif perfectionné pour produire dans l'eau des ondes acous- tiques par brusque éjection d'une masse liquide hors d'un corps tubu- laire (1) ouvert sur le milieu extérieur à l'une de ses extrémités, cette masse liquide étant propulsée par le coulissement d'un piston principal (7) lequel est relié à un piston auxiliaire (8) pour former un premier équipage mobile, le dispositif comportant un système de ma- noeuvre du premier équipage mobile constitué d'un second équipage mo- bile comportant un piston secondaire (10) et un piston annulaire (12) adaptés à coulisser dans le corps et réunis par une tige creuse (11) dans laquelle le piston auxiliaire peut coulisser, le piston annulaire étant pourvu d'une ouverture centrale (17) formant siège pour le pis- ton principal et des moyens pour engendrer des fluides à une première pression et à une seconde pression plus élevée que la première, ces moyens coopérant avec un élément de contrôle (28) actionné par l'appli- cation du piston principal contre le piston annulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un distributeur à tiroir (40) dont la partie mobile est déplaçable dans une cavité (46) sous les effets antagonistes d'un fluide à la seconde pression appliqué en permanence et d'une pression variable, laquelle est susceptible de prendre deux valeurs différentes selon la disposition de l'élément de contrôle, ce distributeur étant adapté à appliquer par intermittence à une face du piston secondaire, un fluide à la seconde pression. 2. - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour engendrer les fluides comportent un générateur d'air comprimé à une première pression et une source de fluide hydraulique à une seconde pression, caractérisé en ce que le générateur d'air comprimé communi- que en permanence avec la partie (3) du corps situé entre le second piston et le piston annulaire (12) constituant le second équipage mobile, quelle que soit la position de celui-ci et en ce que la pres- sion variable appliquée au tiroir du distributeur est celle qui règne dans un circuit (24, 29, 31, 48) mis selon la position de l'élément - 13 - de contrôle, à la pression du milieu extérieur au dispositif ou avec celle du générateur d'air comprimé. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'es- pace (60) du corps compris entre le premier piston (7) et le piston annulaire (12), est relié en permanence à une extrémité de la cavité (46) du distributeur et par intermittence au milieu extérieur. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cavité (46) du distributeur (40) comporte trois chambres coaxiales, la chambre intermédiaire (46b) communiquant avec l'une ou l'autre des deux chambres latérales (46a, 46b) selon la position d'un piston cen- tral (42) déplaçable dans la chambre intermédiaire, et les deux cham- bres latérale. communiquant respectivement avec le circuit à basse presséion et Le circuit à haute pression de la source de fluide hydrau- hiilue, an ce que les extrémités opposées du tiroir ont des sections inégales3 l!extr^mrité ayant la section la plus grande étant exposée a la pression variable et l'autre étant exposée à la haute pression hydraulique, et le rapport des sections des deux extrémités opposées 2n tiant choisi pour que le tiroir se déplace, lorsque la pression varia- ble est celle de Vair comprimé, vers une position o la chambre in- termédiaire (46b) communique avec le circuit à haute pression de la source de fluide hydraulique. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pis- ton central (42) est relié par une tige (44) d'une part à un piston (41) coulissant dans une des chambres latérales (46a) et exposé à la pression variable et d'autre part à un piston (43) coulissant dans l'autre chambre latérale (46c), ce dernier étant prolongé par une tige (44) coulissant dans un évidement tubulaire (49) qui communique avec ledit circuit à haute pression de la source de fluide hydraulique. 6. - Dispositlf selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'évi- dement tubulaire communique avec ledit circuit à haute pression par un canal (56) pourvu d'un moyen (57) de régulation de débit comportant en parallèle un élément de circuit muni d'une soupape anti-retour (63). - 14 - 7. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'es- pace (60) du corps compris entre le piston principal (7) et l'élément mobile (12) est relié à une extrémité de la cavité du distributeur (40) par l'intermédiaire de canaux (24, 31) traversant le piston annu- laire et le piston secondaire et des tuyaux (29, 48). 8. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'es- pace (59) dans la tige creuse (11) compris entre le piston auxiliaire 8 et le piston secondaire (10) communique en permanence avec ie milieu extérieur au corps par un canal fin (35) et par intermittence, au moyen d'une vanne (36), avec la partie (3) du corps o règne en permanence la première pression de fluide.