ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СЕЙСМОКОСЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
TOWED STREAMER HYDRO-ACOUSTIC MODULE AND METHOD OF ITS MANUFACTURE

Изобретение относится к технике морских гибких протяженных буксируемых антенн, служащих для измерения звукового поля в воде и применяемых в геофизике и гидроакустике.
Наибольшее распространение получила шланговая технология сейсмокос, которые состоят из набора виброизолирующих секций, соединенных герметичными силовыми электрическими разъемами с рабочими секциями, содержащими гидрофоны, соединенные между собой коммуникационными проводами, силовые тросы, закрепленные к силовым разъемам, и гелеобразный заполнитель внутреннего объема шланга.
Известны [1] гидрофонные модули гибкой протяженной буксируемой антенны, например, по патенту на полезную модель № 50318. Гидрофонный модуль содержит герметичный гибкий шланг, заполненный гелем, и ряд пьезокерамических цилиндрических гидрофонов с торцевыми крышками, расположенных вдоль шланга на определенном расстоянии друг от друга. Гидрофоны удерживаются внутри шланга с помощью резиновых втулок с лепестками, размер которых равен внутреннему радиусу гибкого шланга и больше радиуса цилиндрических гидрофонов. Каждый гидрофон снабжен двумя втулками, закрепленными в соответствующих углублениях в центрах торцевых крышек.
Наиболее близким к заявляемому является гидрофонный модуль [2] буксируемого стримера с пьезокерамическими цилиндрическими гидрофонами, описанный в патенте РФ 2319985 «Гидрофонный модуль гибкой протяженной антенны и способ заполнения его жидким заполнителем». Гидрофонный модуль гибкой протяженной антенны содержит гибкий шланг с герметизирующими элементами на торцах шланга, жидкостноподобный заполнитель и ряд пьезокерамических гидрофонов, удерживаемых на оси шланга с помощью поддерживающих элементов на определенном расстоянии друг от друга, электрически соединенных проводами, подсоединенными к электрическим выводам торцевых герметизирующих элементов. Оба герметизирующих элемента выполнены в виде прочных дисков из конструкционного электроизолирующего материала с привулканизованными с одной стороны резиновыми дисками с диаметром, равным внутреннему диаметру шланга. В прочных дисках у края выполнено отверстие, заполненное привулканизованной резиной. Герметизирующие элементы скреплены со шлангом по боковой цилиндрической поверхности резиновых дисков с помощью клея.
В патенте [2] изложен также способ изготовления гидрофонного модуля, который включает сборку модуля и заполнение его жидкостноподобным заполнителем. Полностью изготовленный герметичный модуль устанавливают вертикально-наклонно, в резинозаполненное отверстие верхнего и нижнего герметизирующих элементов вставляют иглы для шприца, в нижнюю иглу нагнетают из тарного сосуда жидкость-заполнитель, при этом воздух из внутреннего объема гидрофонного модуля вытесняется через верхнюю иглу. Как только через верхнюю иглу начнет поступать жидкость-заполнитель, иглу вынимают и продолжают нагнетать жидкость через нижнюю иглу, контролируя внешний диаметр шланга с помощью калибра, по достижении заданного внешнего диаметра шланга нижнюю иглу удаляют.
Недостатком описанного выше гидрофонного модуля и способа его изготовления является сложность конструкции модуля и технологии его изготовления, кроме того, конструкция имеет сравнительно большой вес, а следовательно, большую инерционную массу, а наличие большого количества механических деталей определяет значительную трудоемкость сборки.
Кроме того, наличие большого веса снижает виброустойчивость конструкции за счет наличия избыточной инерционной массы и лобового сопротивления торцевых крышек при продольных колебаниях гидрофонного модуля в геле и продуцирует, при возникновении продольных вибрационных колебаний, избыточное псевдозвковое давление на гидрофонах модуля.
Задачей заявленного изобретения является повышение виброустойчивости, упрощение конструкции и технологии изготовления гидрофонного модуля.
Технический результат заключается в минимизации веса гидрофонного модуля, придании торцам шланговой оболочки модуля обтекаемой формы, уменьшении количества деталей модуля и дополнительных операций сборки, снижении веса приемника, упрощении технологии его изготовления и, как следствие, его стоимости и предполагает автоматизацию ряда операций его изготовления, т.е. серийнопригодность.
Для достижения заявленного технического результата в гидрофонный модуль гибкой сейсмокосы, содержащий шланг с торцевыми герметизирующими шланг элементами, жидкостноподобный заполнитель и набор приемников акустического давления, установленных по оси шланга на определенном расстоянии друг от друга и электрически соединенных проводами, подсоединенными к электрическим выводам торцевых герметизирующих шланг элементов, введены новые признаки, а именно: гибкий полиуретановый шланг снабжен герметизирующим полиуретановым кольцом, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру полиуретанового шланга, установка приемников акустического давления выполнена посредством по крайней мере одной капроновой нити, связывающей приемники акустического давления в цепь, при этом каждый торцевой герметизирующий шланг элемент выполнен в виде шва, образованного спеканием прямоугольной печатной платы, расположенной вдоль продольной оси шланга с оболочкой приемного модуля, причем капроновые нити и концевые участки печатной платы выступают за продольные габариты шланга, а диаметральное сечение концевых участков шланга плоскостью, нормальной плоскости печатной платы, имеет форму конуса.
При этом в способ изготовления гидрофонного модуля гибкой сейсмокосы, включающий
- установку герметичных приемников акустического давления по оси шланга из термопластичного полиуретана;
- электрический монтаж гидрофонного модуля;
- герметизацию шланга торцевыми элементами;
- заполнение шланга жидкостноподобным заполнителем с помощью двух шприцев, введенных в торцевые герметизирующие шланг элементы, через один из которых подается жидкостноподобный заполнитель, а через второй выходит вытесняемый им воздух до полного заполнения шланга и создания требуемого избыточного давления, в нем также введены следующие новые признаки, а именно:
- сначала связывают в цепь герметичные приемники акустического давления капроновой нитью с соблюдением заданного расстояния между ними;
- присоединяют к концам нити прямоугольные печатные платы;
- припаивают электрические выводы герметичных акустических преобразователей к контактам печатных плат;
- через мерный отрезок шланга протягивают образовавшуюся цепь так, чтобы печатные платы и капроновая нить выступали за торцы шланга на длину, обеспечивающую возможность герметизации и проведения внешнего монтажа гидрофонного модуля в секции сейсмокосы;
- каждую печатную плату и капроновую нить обезжиривают и наносят на них полиуретановый клей;
- каждую концевую часть шланга с помощью термопресса, нагретого до температуры пластичности полиуретана, сжимают с образованием сэндвича из печатной платы и капроновой нити до формирования герметичного шва в торце шланга в течение 3-5 мин,
- заполнение шланга жидкостноподобным заполнителем шприцами производят проколами через цилиндрическую поверхность шланговой оболочки, причем герметизирующее полиуретановое кольцо устанавливается с натягом до заполнения, прижимая наружную поверхность шланговой оболочки и шприцы в местах проколов с нанесенным по наружной поверхности шланговой оболочки и внутренней поверхности герметизирующего кольца полиуретановым клеем;
- после заполнения внутреннего объема и удаления воздуха шприцы из оболочки модуля вынимаются, а герметизирующее кольцо благодаря упругости обжимает по наружной поверхности с местами проколов от игл заполненный шланг и препятствует вытеканию жидкостноподобного заполнителя из проколов шланговой оболочки.
Технический результат предлагаемого изобретения обеспечивается путем упрощения конструкции за счет исключения торцевых крышек и обеспечивает возможность автоматизированной операции формирования герметичных торцов таких гидрофонных модулей. При этом сформированный конусный профиль торца шланговой оболочки обеспечивает минимальное сопротивление при продольных колебаниях гидрофонного модуля, т.е. повышает его виброустойчивость, минимизируя псевдозвуковое давление во внутреннем объеме гидрофонного модуля.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена конструкция заявленного гидрофонного модуля.
Шланг 1 (фиг. 1) выполнен гибким, изготовлен из термопластичного полиуретана и снабжен герметизирующим полиуретановым кольцом 6, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру полиуретанового шланга. Внутри шланга 1 размещены приемники акустического давления 2 с припаянными внутри шланга электрическими выводами 4 от приемников акустического давления 2, капроновыми нитями 5 и печатными платами 3. Приемники давления 2 соединены между собой капроновой нитью 5, образуя цепь, которая размещена по оси шланга 1. На концах цепи нитью 5 закреплены печатные платы 3. Торцы шланга 1 с печатными платами 3, расположенными в плоскости продольной оси шланга, капроновыми нитями 5 защемлены по плоскости с помощью склейки и термической обработки, в результате чего образуются герметичные швы 8. Капроновые нитки 5 для монтажа в секции сейсмокосы, торцы печатной платы 3 выступают за продольные габариты шланга, а сечение конечных участков шланга 1 в плоскости, перпендикулярной плоскостям печатных плат, образует конусный профиль 7.
В соответствии с заявленным способом гидрофонный модуль изготавливают следующим образом: через мерный отрезок полиуретанового шланга 1 протягивают с помощью капроновой нити 5 жестко связанные между собой приемники акустического давления 2 и печатные платы 3 так, чтобы печатные платы 3 выдавались за торцы полиуретановой шланга 1 на длину, обеспечивающую возможность проведения внешнего монтажа печатных плат 3 в секции сейсмокосы. Печатные платы 3, распаянные электрическими проводами 4 от приемников акустического давления 2, и капроновую нить 5 обезжиривают и наносят на них полиуретановый клей, после чего свободные части полиуретанового шланга 1 с помощью термопресса, нагретого до температуры пластичности полиуретана, сжимают через сэндвич из печатной платы и капроновой нити 5 для формирования герметичного шва 8 в течение 3-5 мин.
После формовки торца 7 полиуретановой трубки 1 проводится проверка электрических и электроакустических параметров и проверка на герметичность. Заполнение шланга жидкостноподобным заполнителем шприцами 10 производят через проколы в цилиндрической поверхности шланга 1, причем герметизирующее полиуретановое кольцо 6 устанавливается до заполнения с натягом, прижимая наружную поверхность шланговой оболочки 1 и шприцы 10 в местах проколов с нанесенным по наружной поверхности шланговой оболочки 1 и внутренней поверхности герметизирующего кольца 6 полиуретановым клеем. После заполнения внутреннего объема и удаления воздуха шприцы 10 из оболочки модуля вынимаются, а герметизирующее кольцо 6 обжимает заполненный шланг 1 и препятствует вытеканию жидкостноподобного заполнителя 9 до его гелеобразования.
После заполнения проводят контроль электроакустических параметров гидрофонного модуля.
Выполнение профиля торцов гидрофонного модуля в виде обтекаемого конуса уменьшает сопротивление обтеканию и величину давления, возникающего при продольных колебаниях сейсмокосы в ее внутреннем объеме и воздействующего на гидрофонный модуль, не менее чем в десять раз [3].
Хорошей иллюстрацией к возникновению силы лобового сопротивления из-за несимметричного обтекания тела служат представленные в таблице величины коэффициентов лобового сопротивления тел различной формы.
Представленные сведения позволяют считать, что предложенный гидрофонный модуль для геофизической сейсмокосы обеспечивает минимальное сопротивление при продольной вибрации в сейсмокосе, т.е. минимальную виброчувствительтность, а предложенная технология изготовления позволяет снизить его трудоемкость, уменьшить массу и организовать его массовое изготовление, и таким образом технический результат достигнут.
Источники информации
1. Патент РФ 2319985 на изобретение «Гидрофонный модуль гибкой протяженной антенны и способ заполнения его жидким заполнителем» G01V 1/38, опубликован 20 марта 2008 г.
2. Патент № 50318 на полезную модель «Гидрофонные модули гибкой протяженной буксируемой антенны», по патенту на полезную модель, G01V 1/38, опубликован 27.12.2005 г.
3. Механика сплошных сред. Лекции. В.А. Алешкевич, Л.Г. Деденко, В.А. Караваев (Физический факультет МГУ). Издательство Физического факультета МГУ www.nature.ru.