Пневматический излучатель
PNEUMATIC EMITTER

Изобретение относится к пневматическим генераторам импульсов и может быть использовано путем подачи дискретной порции сжатого воздуха в заданный момент времени для возбуждения упругих колебаний в водной среде с формированием низкочастотных гидроакустических импульсов для проведения, в частности, сейсмической морской разведки.
Известен гидропневматический излучатель, содержащий пневматическую камеру высокого давления, сообщенную через запорный клапан с источником сжатого воздуха, и гидравлическую камеру (см. патент US №4753316, 28.06.1988).
Однако подача под давлением порции жидкости не позволяет получить достаточно мощный импульс давления для генерации гидроакустических импульсов, что сужает область использования данного излучателя.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пневматический излучатель, содержащий камеру высокого давления, сообщенную через запорный клапан с источником сжатого воздуха (см. патент US №3653460, 04.04.1972).
Однако непосредственное впрыскивание порции воздуха в воду при каждом срабатывании запорного клапана имеет от раза к разу низкую повторяемость временной формы гидроакустического импульса.
Задачей изобретения является повысить стабильность работы пневматического излучателя.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность добиться высокой повторяемости формируемого гидроакустического импульса с достижением максимума излучения в диапазоне низких частот, что позволяет снизить отрицательное воздействие формируемого гидроакустического воздействия на живые морские организмы.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что пневматический излучатель содержит камеру высокого давления, сообщенную через запорный клапан с источником сжатого воздуха, при этом он снабжен надуваемой эластичной оболочкой, а источник сжатого воздуха выполнен в виде свободнопоршневого компрессора, причем в его рабочем цилиндре установлен поршень, внутри которого размещен постоянный магнит, а по торцам рабочего цилиндра установлены электромагниты, запитываемые поочередно от источника электрического тока, обе полости рабочего цилиндра и камера высокого давления заполнены воздухом, при этом одна из полостей выполнена герметичной, а другая полость сообщена с камерой высокого давления посредством перепускного патрубка и запорный клапан установлен в последнем, при этом камера высокого давления сообщена в свою очередь с надуваемой эластичной оболочкой через выпускной патрубок, на котором установлен быстродействующий клапан, причем запорный клапан открыт, а быстродействующий клапан закрыт при движении поршня в крайнее положении около камеры высокого давления, при достижении этого крайнего положения поршня запорный клапан закрыт, а быстродействующий клапан открыт и при движении поршня в обратном движении запорный и быстродействующий клапаны открыты до достижения поршнем крайнего противоположного положения с созданием при этом в герметичной полости газовой пружины.
Описанные выше конструктивные особенности позволяют добиться высокой повторяемости движения надуваемой эластичной оболочкой по отношению к непосредственному впрыскиванию порции сжатого воздуха в окружающую пневматический излучатель водную среду. Важно, что надуваемая эластичная оболочка после расширения не сжимается по инерции в отличие от газового пузыря, сформированного непосредственно в воде, а сжимается медленно и контролируемо, что существенным образом упрощает регистрацию импульсов, отраженных от донных структур. Спектр излучения задается не только давлением сжатого воздуха и объемом камеры высокого давления, но и материалом, и конструкцией надуваемой эластичной оболочки. Проведенные испытания показали, что возможно получить спектр излучения с максимумом в заданном диапазоне низких частот от 20 до 60 Гц и низкий уровень на высоких частотах, что позволяет повысить КПД работы пневматического излучателя и снизить губительное действие высокочастотной составляющей гидроакустического импульса на морских животных. Кроме того, при работе пневматического излучателя быстродействующий клапан работает только со сжатым воздухом без контакта с водой, что позволяет снизить требования к материалу, из которого изготавливают быстродействующий клапан, и увеличить ресурс его работы.
На чертеже схематически представлена конструкция пневматического излучателя.
Пневматический излучатель содержит камеру высокого давления 1, сообщенную через запорный клапан 2 с источником сжатого воздуха.
Пневматический излучатель снабжен надуваемой эластичной оболочкой 3, источник сжатого воздуха выполнен в виде свободнопоршневого компрессора 4, причем в его рабочем цилиндре 5 установлен поршень 6, внутри которого размещен постоянный магнит 7. По торцам рабочего цилиндра 5 установлены электромагниты 8 и 9, запитываемые поочередно от источника электрического тока (не показан на чертеже). Обе полости 10 и 11 рабочего цилиндра 5 и камера высокого давления 1 заполнены воздухом, при этом одна из полостей 10 выполнена герметичной, а другая полость 11 сообщена с камерой высокого давления 1 посредством перепускного патрубка 12 и запорный клапан 2 установлен в последнем. Камера высокого давления 1 сообщена в свою очередь с надуваемой эластичной оболочкой 3 через выпускной патрубок 13, на котором установлен быстродействующий клапан 14.
Запорный клапан 2 открыт, а быстродействующий клапан 14 закрыт при движении поршня 6 в крайнее положении около камеры высокого давления 1. При достижении этого крайнего положения поршня 6 запорный клапан 2 закрыт, а быстродействующий клапан 14 открыт и при движении поршня 6 в обратном движении запорный 2 и быстродействующий 14 клапаны открыты до достижения поршнем 6 крайнего противоположного положения с созданием при этом в выполненной герметичной полости 10 газовой пружины.
Работает пневматический излучатель следующим образом.
В исходном положении запорный клапан 2 открыт, а быстродействующий клапан 14 закрыт.
Воздействуя электромагнитами 8 и 9 на постоянный магнит 7, вызывают возвратно-поступательное движение поршня 6 вдоль оси рабочего цилиндра 5, при этом давление воздуха в полостях 10 и 11 рабочего цилиндра 5 изменяется пропорционально изменению объема воздуха в полостях 10 и 11.
При перемещении поршня 6 в крайнее положение в направлении камеры высокого давления 1 давление воздуха в полости 11 рабочего цилиндра 5 и в камере высокого давления 1 также увеличивается и при достижении крайнего положения поршня 6 в полости 11 и камере высокого давления 1 достигает максимальной величины.
Закрываем плавно запорный клапан 2 и затем быстро (за время не более 10 мс) открываем быстродействующий клапан 14.
Под действием высокого давления воздуха в камере высокого давления 1 надуваемая эластичная оболочка 3 расширяется до ее максимального объема.
В ходе проведенных испытаний, при объеме надуваемой эластичной оболочкой 3 объемом около 10 л время расширения надуваемой эластичной оболочки 3 составило не более 20 мс, а оболочки объемом около 40 л - не более 40 мс.
Затем посредством электромагнита 8 осуществляют перемещение поршня 6 в противоположном направлении, при этом при достижении поршнем 6 заранее заданного положения в рабочем цилиндре 5, например среднего положения поршня 6 в рабочем цилиндре 5 плавно открываем запорный клапан 2. Воздух из надуваемой эластичной оболочки 3 поступает через камеру высокого давления 1 в полость 11, и одновременно поршень 6 сжимает воздух в выполненной герметичной полости 10. Таким образом полость 10 становится газовой пружиной, что позволяет повысить скорость движения поршня 6 при сжатии воздуха в полости 11 и камере высокого давления 1.
При достижении поршнем противоположного крайнего положения закрывает быстродействующий клапан 14 и цикл работы пневматического излучателя повторяется, как описано выше.
Таким образом, технический результат, наглядно, достигнут существенными признаками изобретения.