Устройство для генерации волн в морской среде посредством воздействующих поршней и газовой, гидравлической, паровой и электромагнитной запускающей системы для сбора сейсморазведочных данных
Настоящее изобретение относится к устройствам для генерации упругих волн для сейсморазведки в морской среде и содержит цилиндр, определяющий ось, в котором расположены ударный и насосный поршни, каждый из которых имеет две соответствующие противоположные стороны по отношению к указанной оси, из которых сторона ударного поршня, расположенная перед насосным поршнем, является первой ударной стороной, а сторона насосного поршня перед ударным поршнем является второй ударной стороной, насосный и ударный поршни скользят в цилиндре в направлении, параллельном оси, и соударяются друг с другом посредством первой и второй ударных сторон, ударный поршень приводится активационным средством, давящим на сторону, противоположную его собственной ударной стороне, при этом цилиндр содержит на одном из его концов камеру, имеющую диаметр, больший, меньший или равный части цилиндра, в которой расположен ударный поршень, при этом в указанной камере может скользить часть насосного поршня, коммуникационные каналы которого соединяют камеру с водой подводной среды. Технический результат заключается в возможности использования устройства на борту автономных подводных аппаратов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам для генерации упругих волн для сейсморазведки в морской среде, например для поиска углеводородов.
Уровень техники
Известные системы, такие как пневмопушки, широко применяемые в уровне техники для морских геосейсмических исследований, обычно используются массивами, сериями или колоннами, обычно обозначаемыми как группы. Группа пневмопушек производит волны давления (сжатия), получаемые мгновенным высвобождением воздуха под высоким давлением в морскую среду.
Пневмопушки должны соответствующим образом располагаться и активироваться синхронизированным способом так, чтобы сумма сигналов давлений, генерируемых каждой отдельной пушкой группы, могла вызвать гашение колебательных эффектов в облучаемой области давления. Это обычно приводит к недостаткам в отношении простоты их использования, в частности, в некоторых морских средах, например, тех, в которых есть плавучий лед.
Пневмопушки генерируют волны давления за счет расширения сжатого газа, подаваемого специальным компрессором, размещенным на борту судна, непосредственно в воду. Это обуславливает недостатки, поскольку они требуют непрерывной подачи воздуха и компрессора. Кроме того, газовый пузырь, который генерирует акустическую волну, рассеивается в воде с последующим огромным потреблением газа. Другой недостаток обусловлен фактом, что волна давления осциллирует во времени, и эта характеристика ставит под угрозу эффективность геосейсмического анализа сигналов, отраженных от морского дна.
Эти недостатки делают систему пневмопушки непригодной для применения на малогабаритных подводных навигационных модулях, поскольку они не могут быть обеспечены непрерывной подачей воздуха для переработки компрессором, а также потому, что хранение предварительно сжатого газа в резервуаре, по причинам веса и обременения, связанного со значительным расходом газа, не практично на этих аппаратах и, кроме того, при функционировании пневмопушки, вес резервуара для хранения уменьшается, радикально изменяя характеристики плавучести аппарата, что влечет за собой необходимость использования компенсационных резервуаров. Наконец, колебательная характеристика волны давления делает отдельный источник пневмопушечного типа непригодным для использования. Они фактически должны быть использованы в группах, и каждый источник массива должен иметь другие пространственные характеристики, в результате чего, используя возможный сдвиг фаз между этими источниками, которые имеют пульсации излучаемых пузырей воздуха слегка отличающимися друг от друга, можно получить эффект компенсации колебаний давления, оставив только начальный пик давления, когерентный для всех используемых источников.
Сущность изобретения
Для того чтобы преодолеть указанные выше недостатки, предусмотрено устройство для генерации волн давления, которое, согласно пункту 1 формулы, содержит цилиндр, который определяет ось, в котором расположены ударный поршень и насосный поршень, каждый из которых снабжен двумя противоположными сторонами по отношению к указанной оси, при этом сторона ударного поршня, расположенная перед насосным поршнем, определена как первая ударная сторона, а сторона насосного поршня перед ударным поршнем определена как вторая ударная сторона, насосный поршень и ударный поршень скользят в цилиндре в направлении, параллельном оси, и насосный поршень и ударный поршень выполнены так, что они соударяются друг с другом, посредством первой и второй ударных сторон, ударный поршень приводится в действие при помощи активационного средства, давящего на сторону, противоположную его собственной ударной стороне, при этом цилиндр содержит на одном из своих концов камеру, имеющую диаметр, отличающийся от такового части цилиндра, в которой расположен ударный поршень, при этом в упомянутой камере может скользить часть насосного поршня, эта камера снабжена коммуникационными каналами, которые соединяют камеру с водой из морской среды, так чтобы передавать импульс, генерируемый указанным воздействием, в морскую среду.
Задачей изобретения является устройство, способное эффективно высвобождать высокоинтенсивные волны, производимые только ударами между двумя ударяющимися поршнями, существенное преимущество которого состоит в том, что оно не потребляет воздух или любой другой газ для своего функционирования и не загрязняет окружающую среду, в связи с тем, что не выпускает воздух или любой другой газ в воду.
Волны давления получаются единственным ударом между двумя коаксиальными поршнями, размещенными в цилиндрической трубе, причем первый поршень резко перемещается ко второму, который находится в контакте с водой морской среды и который, из-за удара, излучает импульс давления.
Устройство генерирует волны давления, имеющие очень короткую акустическую эмиссию и высокую интенсивность, за которыми не следуют явления колебаний давления, как это происходит в устройствах, известных из уровня техники.
Предпочтительно оно может быть использовано в случаях, в которых традиционный сейсмический морской источник не считается выгодным или его технически невозможно использовать, или когда требуется эмиссия давления импульсного типа без остаточных колебаний.
Другим предпочтительным применением устройства является возможность использования на борту подводных аппаратов для геосейсмического использования, например для разведочных исследований нефти или других углеводородов.
Оно также имеет то преимущество, что работает без необходимости иметь контакт с атмосферой, так как ни в одном из его конкретных вариантов не требуется внешнего источника воздуха или любого другого газа.
Кроме того, источник энергии, входящий в состав устройства согласно изобретению, охарактеризован чисто импульсной эмиссией давления, которая не создает осцилляций давления, оно также имеет то преимущество, что может быть использовано отдельно, а не обязательно в виде массива, как в случае с пневмопушками.
Устройство для генерации волн согласно изобретению имеет две основные части:
ударное поршневое устройство и активационную систему ударного поршневого устройства, которая может использовать четыре различных типа активационных средств (i) с газом, (ii) гидравлическое, (iii) с паром, (iv) электромагнитное.
Ударное поршневое устройство содержит цилиндр, в котором скользят два поршня: первый поршень, называемый ударным поршнем, активируемый активационным средством, резко перемещается к второму поршню, называемому насосным поршнем, расположенному на соответствующем расстоянии от первого поршня, который поверхностью, противоположной той, по которой ударяет ударный поршень, связан с водой морской среды; удар ударного поршня о насосный поршень создает высокое ускорение последнего, высвобождая таким образом высокоинтенсивное возмущение давления, до тех пор, пока он не будет остановлен контр-давлением, создаваемым морской водой на стороне поршня, противоположной той, по которой ударяют.
Запускающий процесс ударного поршня позволяет кинетической энергии, произведенной рабочим давлением активационного средства во время движения ударника, накапливаться в ударном поршне, причем указанная кинетической энергия высвобождается к насосному поршню во время удара в очень короткое время, т.е. около тысячных долей секунд. Такой удар дает чрезвычайно высокий пик давления, выпускаемый в воду, который может быть более чем 1000 бар, этот пик гораздо больше по отношению к активационному давлению ударного поршня, которое обычно составляет около нескольких десятков бар; устройство также может производить акустический диапазон частот возбуждения, который может варьироваться от сотен до тысяч герц.
Регулировка активационного средства позволяет обеспечить качественно различные волны давления касаемо интенсивности и частотного диапазона сигнала излучения.
Благодаря своему ограниченному размеру и отсутствию подачи воздуха из атмосферы, устройство согласно изобретению особенно подходит для использования на бортовых автономных подводных аппаратах, имеющих малые размеры, которые могут перемещаться под водой.
Если активационным средством является газ, то всегда используется одна и та же масса газа, так как расширившийся газ не попадает в воду, каждый раз соответственно сжимая его посредством разделения воды и воздуха (или другого газа) посредством соответствующего поршня (ударного поршня), который служит как для генерации удара (в его прямом движении), так и для вторичного сжатия газа (в его обратном движении), используя второй поршень (насосный поршень) для генерации сопровождающего удар импульса давления в морской среде, причем упомянутый импульс является гораздо большим, чем полученный расширением воздуха непосредственно в контакте с водой, как в пневмопушке известного уровня техники. Кроме того, этот способ генерации давления посредством удара между поршнями генерирует чисто импульсный сигнал без колебаний.
Если активационное средство представляет собой жидкость, сжатую с помощью насоса, то есть чисто гидравлическую систему, устройство может использовать ту же жидкость, в которую погружен источник, морскую воду, например.
Если активационным средством является перегретый пар, то также предусматривается система для отсасывания морской воды из морской среды, осуществляющая перегрев этой воды для получения пара под давлением, который затем направляется в цилиндр, в котором движется ударный поршень.
Краткое описание фигур
Фиг.1 представляет сечение в продольной осевой плоскости прибора, который является частью устройства для генерации волн давления согласно изобретению по фиг.5, 6, 7 и 8;
фиг.2 представляет собой устройство по фиг.1 во время рабочей фазы;
фиг.3 представляет собой устройство по фиг.1 во время рабочей фазы, отличной от рабочей фазы на фиг.2;
фиг.4 представляет собой устройство по фиг.1 во время рабочей фазы, отличной от рабочей фазы на фиг.2 и 3;
фиг.5 представлена схема первого варианта устройства согласно изобретению;
фиг.6 представлена схема второго варианта устройства согласно изобретению;
фиг.7 представлена схема третьего варианта устройства согласно изобретению;
фиг.8 представлена схема четвертого варианта устройства согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Ударно-поршневое устройство
Фиг.1-4 иллюстрируют ударно-поршневое устройство для генерации упругих волн. Цилиндр 3, также называемый осевой трубой, снабжен двумя поршнями: ударным поршнем 1 и насосным поршнем 2, последний состоит из двух частей, составляющих единое целое друг с другом, одна скользит в цилиндре 3, а другая в цилиндре 15, указанные цилиндры являются единым целым друг с другом и возможно имеют различные друг от друга радиусы. Ударный поршень 1 резко перемещается к насосному поршню 2 посредством текучей среды под давлением, действующей на левую сторону ударного поршня и введенной в объем 11 трубы 3 посредством впускного отверстия 8 или, в варианте устройства, также посредством электромагнитных сил. Очень низкое давление прикладывается к правой стороне ударного поршня 1, когда объем цилиндра 3, между ударным поршнем 1 и поршнем 2, был опорожнен, указанное опорожнение реализуется путем удаления текучей среды через отверстие 9, сообщающееся с насосной системой. Поршень 1, в исходном положении расположенный в левом конце цилиндра 3, в рабочей фазе показанный на фиг.2, под действием текучей среды под давлением, подаваемой через отверстие 8, ускоряется во время рабочей фазы, показанной на фиг.3, и ударяет поршень 2 с высокой скоростью через ударное оживало 12, в рабочей фазе, показанной на фиг.4, чья форма и размеры обеспечивают нажатие на насосный поршень 2, прежде чем тело ударного поршня 1 достигнет и амортизируется на упорах 6, составляющих единое целое с цилиндром 3 и оснащенных упругими демпфирующими элементами 7. В момент удара, ударный поршень 1 передает свою кинетическую энергию насосному поршню 2. Насосный поршень, в результате удара, приобретает, в течение нескольких долей секунды, скорость, близкую к скорости ударного поршня перед ударом, так что насосный поршень 2 подвергается чрезвычайно высокому ускорению, которое генерирует, на левой поверхности насосного поршня, которая скользит внутри цилиндра 15 во взаимодействии с водой морской среды 10, импульс давления, который распространяется до тех пор, пока не выйдет в морскую среду. После удара, насосный поршень 2 проявляет короткое движение остановки, замедляясь очень высоким контрдавлением, образуемым на его поверхности морской водой. В этом движении, насосный поршень 2 передает всю свою кинетическую энергию в воду в виде акустической ударной волны.
Ударный поршень 1 во время удара полностью теряет свою скорость и стопорится заканчивающими движение упорами 6, оснащенными соответствующими упругими демпфирующими элементами 7. Следует отметить, что кинетическая энергия, связанная с ударом об упоры 6, имеет малую величину. Это, по сути, энергия, приданная ударному поршню работой давления сжатой текучей среды, выполненной в малом остаточном расширении, которое происходит между ударом и остановкой насосного поршня. Насосный поршень 2, во время движения между претерпеванием удара с ударным оживалом 12 ударного поршня 1 и его остановкой об упоры 4, составляющие единое целое с цилиндром 3, полностью преобразовывает свою кинетическую энергию в энергию акустического давления, высвобождаемую в цилиндр 15 и, следовательно, в морскую среду 10. Таким образом, нет никакой значительной остаточной кинетической энергии при остановке, которая происходит в конце хода 6, в этом случае также оснащенном упругими элементами 7.
Насосный поршень 2 возвращается на свое место, то есть амортизируется об упоры 6, в связи с действием гидростатического давления, идущего от морской среды 10, и под действием толчка об упругие элементы 5. Остаточная кинетическая энергия при остановке в этом случае также является малой величиной, в связи с обоими малым значением гидростатического избыточного давления и уменьшенным движением поршня перед восстановлением резервной позиции. Ударное поршневое устройство работает в погружении, и поэтому окружающая морская среда имеет давление, связанное с давлением водяного столба, связанного с уровнем погружения.
Насосный поршень 2, как можно видеть на фиг.1, также оснащен двумя частями, имеющими различные секции, вставленные в цилиндры 3 и 15 соответственно: первая часть, имеющая меньшую или большую секцию по отношению ко второй части, скользит в цилиндре 3. Фиг.1 показывает в иллюстративных целях случай, в котором диаметр цилиндра 15 больше, чем диаметр цилиндра 3. Второе тело скользит в цилиндре 15, имеющем выход в воду морской среды 10. Причина этого различия в секциях связана с тем фактом, что в этом случае движение остановки насосного поршня может быть эффективно увеличено или уменьшено, позволяя это передавать акустической энергии с усилением или уменьшением осевых перемещений, и после того, как акустическая энергия, подлежащая высвобождению в воду, и ее спектральные характеристики установлены, эта разница в секциях позволяет наиболее адекватно выбирать массы поршней, свободное движение бойка и давление подачи сжатой текучей среды, с учетом конструктивных требований устройства. Пример размеров предпочтительного варианта ударного поршневого устройства приведен в следующей таблице.
| Характерный размер | Диапазон значений |
| Остановка свободного движения насосного поршня | 2 см-20 см |
| Радиус насосного поршня - цилиндра 15 | 2 см-10 см |
| Радиус ударного поршня - цилиндра 3 | 2 см-10 см |
| Радиус насосного поршня - цилиндра 3 | 2 см-10 см |
| Масса ударного поршня | 2 кг-20 кг |
| Масса насосного поршня | 2 кг-20 кг |
| Давление сжатой текучей среды | 5*105 Па-100*105 Па |
| Температура сжатой текучей среды | 5-40°C |
Эти значения могут изменяться на небольшие величины, не выходя за пределы объема настоящего изобретения.
Основные функциональные фазы устройства, описанные выше, показаны на фиг.2, 3, 4. Фаза перемещения ударного поршня в осевой трубе 3 осуществляется водой под давлением, впрыскиваемой через приводное отверстие 9, с более высоким давлением, чем давление, действующее в объеме 11. Под действием разности давлений насосный поршень 1 следует обратным движением, пока не достигнет конца хода 13, оснащенного упругими упорами 14, которые также выступают в качестве амортизаторов. Когда отверстие 8 будет закрыто с помощью соответствующего клапана, изображенного ниже, объем цилиндра 3, наполненного водой, затем опорожняется путем отсасывания воды через отверстие 9, сообщающееся с опорожняющим насосом, описанным ниже, и создается вакуум в указанном объеме. Во время опорожнения ударный поршень 1 удерживается на месте посредством электромагнита 16, который притягивает цилиндр 17, который является частью бойка 1. В этот момент устройство готово к новой звуковой эмиссии.
Активационная система ударного поршневого устройства
Как упоминалось ранее, эта активационная система может использовать различные способы активации, которые могут быть объединены альтернативно или совместно с ударным поршневым устройством, описанным ранее.
Когда активационная система содержит газ, система представлена на фиг.5. В этом варианте осуществления активационная система ударного поршневого устройства предусматривает три емкости: восстановительный бак SR, содержащий только газ высокого давления с исходным значением около 400*105 Па, напорный бак SL, содержащий только газ с исходным значением около 50*105 Па, подпитывающий бак SRic, содержащий газ и воду с исходным давлением около 55*105 Па.
Напорный бак SL содержит сжатый газ для питания ударного поршня 1. В фазе до толчка клапаны V8, V11, V12, V13, V9, V10 закрыты, и электромагнит, который удерживает ударный поршень, активирован. В момент запуска открывается клапан V8, это приводит бак SL во взаимодействие с ударным поршнем 1, который скользит в цилиндре 3 и электромагнитом 16, который выпускает ударный поршень 1, одновременно отключаясь. Поршень 1 двигается до его удара с насосным поршнем 2, который высвобождает импульс давления. В конце этой фазы открывается клапан V9, и переключающий клапан V10 открывает сообщение между баком SRic с клапаном V9, блокируя в то же время передачу давления к опорожняющему насосу P2. Поршень 1 выходит к концу хода 13 под действием давления воды, содержащейся в баке SRic, повторно сжимая газ, содержащийся в объеме 11 цилиндра 3, и передавая газ, содержащийся в объеме 11, в напорный бак SL. В конце движения ударного поршня 1 на упорах 13 клапан V8 закрывается, и фиксирующий электромагнит 16 притягивает цилиндр 17, позволяя ударному поршню 1 поддерживать его конечное положение.
Клапан V10 переключается введением V9 в сообщение с насосом P2 и закрытием линии, которая ведет к баку SRic. Насос Р2 запускается, опорожняя воду, содержащуюся в цилиндре 3, которая направляется в морскую среду посредством слива SP2. В конце этой фазы, клапан V9 закрывается, а клапан V10 переключается снова, закрывая линию, которая ведет к насосу Р2, и открывая линию, которая приводит бак SRic подпитки в сообщение с клапаном V9.
Насос P1 запускается, клапан V13 открывается, отсасывая морскую воду из впуска AP1 и восстанавливая уровень воды в баке SRic и рабочее давление.
Восстановительный бак SR, с открытием редукционных клапанов V11 и V12, восстанавливает начальные массы газа в баках SL и SRic для компенсирования любых возможных протечек, которые могли произойти во время предыдущих операций.
В этот момент устройство готово для излучения нового импульса давления.
Второй вариант осуществления активационной системы, представленный на фиг.6, предусматривает активационное средство, состоящее из жидкости под давлением.
Этот второй вариант осуществления позволяет преодолеть недостаток предыдущей газовой активационной системы, которая имеет риск, при длительном использовании, что в результате приведения в движение ударного поршня, бак давления SL может постепенно терять давление и массу газа из-за утечки этого же газа. Насосный поршень, по сути, должен работать под значительной разностью давления, порядка 50*105 Па, и можно ожидать утечек газа, хотя и в небольших количествах, с самого начала между осевой камерой высокого давления и пространством между ударным поршнем и насосным поршнем и, следовательно, между осевой трубой и морской средой через поршневой насос.
Проблема утечки может представлять сложности, исходя из логистической точки зрения. Если, по сути, в вышеописанной установке, активационный газ выделяется в воду, даже в небольших количествах, может возникнуть необходимость в периоде повторного заполнения бака SR, в случае этого падения до давлений, близких к 55*105 Па в результате потери.
Чтобы устранить эту проблему, второй вариант активационной системы, которая является полностью гидравлической, описан ниже и показан на фиг.6, при этом активацию ударного поршня осуществляют непосредственно под давлением морской воды вместо газа.
В фазе до толчка ударного поршня, клапан V8 блокирует передачу давления к сливу SV8 в морскую среду, а также к баку (единственному в данном случае) SRic, который выполняет обе функции как напорного бака, так и репозиционирующего бака бойка. Клапан V9 закрыт, клапан V10 блокирует передачу давления между V9 и сливом SP2 и открывает сообщение между V9 и клапаном V12, который закрыт. Клапан V13 закрыт. Клапан V14 является автоматическим и приводит цилиндр 3 в сообщение с газовым демпферным баком SA для уменьшения эффекта гидравлического удара в соответствии с ударом между ударным поршнем 1 и насосным поршнем 2. Удерживающий электромагнит 16 активен, сохраняя боек в положении, соответствующем упорам 13.
Фаза толчка активируется с открытия клапана V8, который приводит бак SRic в сообщение с бойком 1, за исключением, однако, линии, которая ведет к сливу SV8 в морскую среду. Поршень 1 движется в цилиндре 3, пока он не ударяет насосный поршень 2, который испускает импульс давления. Автоматический клапан V14 открывается, когда начинается гидравлический удар в трубе 3, блокируя распространение волн высокого давления от ударного поршня 1 к клапану V8 за счет демпфера SA. В конце этой фазы инициируется фаза репозиционирования насосного поршня 2. Клапан V8 переключается, закрывая линию в направлении бака SRic и открывая линию по направлению к сливу SV8 в морскую среду, так что давление в цилиндре 3 снижается до такого же давления, как в морской среде. Запускается насос P1, обеспечивая давление несколько выше, чем в морской среде, и регулируется посредством клапана V12 и клапана V9, которые открываются, позволяя воде течь внутрь цилиндра 3. Ударный поршень отходит к упорами 13, пока не достигнет конечного положения, амортизируясь упорами 13. Активируется электромагнит 16, сохраняя положение ударного поршня 1.
Клапан V10 переключается на насос Р2 и закрывает линию в направлении клапана V12, который закрыт. Запускается насос Р2, опорожняя цилиндр 3 и выпуская воду в море через слив SP2. Клапан V9 закрывается, а клапан V10 переключается, снова закрывая линию в направлении Р2 и открывая ту, что направлена к V12.
Насос P1 запускается, клапан V13 открывается, и вода перекачивается из морской среды в резервуар SRic через заборное отверстие AP1, пока уровень воды не будет восстановлен. Клапан V13 закрывается.
Восстановительный бак SR, через клапан V11, восстанавливает воздушные массы из-за возможных потерь, понесенных на предыдущих этапах.
В этой фазе активации система готова к излучению нового импульса давления.
В качестве альтернативной или в комбинации с газовой активационной системой, предусмотрен вариант осуществления активационной системы, которая позволяет заполнять бак SL не только газом, первоначально содержащимся в самом баке SL, и возможными восстановлениями, исходящими от бака SR, но и альтернативно посредством перегретого пара создаваемого с помощью испарителя, запитываемого той же морской водой. Схема устройства согласно изобретению с использованием этой активационной системы представлена на фиг.7.
Функционирование активационной системы идентично газовой активационной системе, представленной на фиг.5, за исключением следующих изменений: (i) осуществляется частичное заполнение напорного бака SL морской водой; (ii) электрический испаритель VAP размещен в части бака SL, наполненного водой, и испаритель питается электрически посредством батареи B; (iii) имеется клапан, понижающий давление, и клапан подачи воды в напорный бак SL, что позволяет подавать на испаритель воду, накачиваемую насосом P1 во время фазы заправки бака SRic.
Испарение воды внутри бака SL позволяет восстанавливать возможные потери газа и пара из-за утечки во время фазы функционирования устройства. Эта испарительная система способна обеспечить устройство паром под давлением для запуска ударного поршня 1, даже если весь газ в восстановительном баке был израсходован, просто обеспечив систему морской водой посредством насоса P1.
Наконец, ударный поршень 1 может быть активирован с помощью электромагнитной силы, используя этот метод только для приведения в движение ударного поршня 1 или в сочетании с активационными системами описанными ранее.
В принципе, цилиндр 3, как показано на фиг.8, в этом случае снабжен электромагнитной катушкой, составляющей единое целое с ним, которая генерирует магнитное поле внутри осевой трубы 3 с силовыми линиями LC, также имеющими радиальный компонент, эта обмотка формирует индукционную катушку S1. Ударный поршень 1, в свою очередь, снабжен индукционной электромагнитной катушкой S2 с осью, вновь совпадающей с осью осевой трубы 3. Большой ток, создаваемый батареей В, модулированный посредством системы управления С, вводится внутрь электромагнитной катушки S1, генерирующей изменение в магнитном поле, которое индуцирует ток в индукционной электромагнитной катушке S2, который генерирует в той же индукционной электромагнитной катушке S2, при взаимодействии с силовыми линиями LC, отталкивающую силу Лоренца с осевой компонентой, пригодной для ускорения поршня 1 вдоль осевой трубы 3 слева направо, до произведения удара по насосному поршню 2. Система управления током также способна управлять электромагнитными силами после удара, в противоположном направлении, перемещая ударный поршень справа налево, возвращая этим его в исходное положение.
В случае электромагнитной активации ударного поршня 1, поскольку при этом не требуется гарантировать герметичность для воздуха под давлением, он передвигается в осевой трубе посредством роликов или шарикоподшипников с очень низким трением, благоприятствуя механической эффективности устройства, и поршень 1 сам по себе может быть полностью перфорированным и иметь диаметр меньший, чем диаметр цилиндра 3, что позволяет проходить воздуху через и вокруг поршня 1, не допуская ослабления эффекта удара с поршнем 2 из-за наличия воздушной подушки между ударным поршнем и насосным поршнем.
1. Устройство для генерации упругих волн в подводной среде, пригодное для использования на борту автономных подводных аппаратов и содержащее цилиндр, определяющий ось, в котором расположены ударный поршень и насосный поршень, каждый имеет две соответствующие противоположные стороны по отношению к упомянутой оси, из которых сторона ударного поршня, расположенная перед насосным поршнем, определена как первая ударная сторона, а сторона насосного поршня перед ударным поршнем определена как вторая ударная сторона, насосный поршень и ударный поршень скользят в цилиндре в направлении, параллельном упомянутой оси, и насосный поршень и ударный поршень выполнены с возможностью соударения друг по другу первой и второй ударными сторонами, ударный поршень приводится в действие активационным средством, давящим на сторону, противоположную его собственной ударной стороне, при этом цилиндр содержит на одном из его концов камеру, имеющую диаметр, больший, меньший или равный части цилиндра, в которой расположен ударный поршень, причем в камере может скользить часть насосного поршня и коммуникационные каналы соединяют камеру с водой подводной среды так, чтобы передавать импульс, генерируемый упомянутым ударом, в подводную среду, при этом устройство эксплуатируется, не имея контакта с атмосферой и не требуя внешней подачи воздуха или какого-либо другого газа, причем активационное средство ударного поршня выбирается из газа, и/или водяного пара, или жидкости под давлением, или электромагнитных сил, при этом активационная система ударного поршня включает в себя:
в случае, если активационным средством является газ, три емкости: восстановительный бак, напорный бак, подпитывающий бак,
в случае, если активационным средством является жидкость под давлением, две емкости: восстановительный бак, подпитывающий бак,
в случае, если активационным средством является водяной пар, три емкости: восстановительный бак, напорный бак, в котором размещен электрический испаритель, подпитывающий бак,
в случае, если активационным средством являются электромагнитные силы, электромагнитную катушку, составляющую единое целое с цилиндром, и индукционную катушку, которой оснащен ударный поршень, имеющую ось, опять же совпадающую с осью цилиндра.
2. Устройство по п. 1, в котором насосный поршень содержит группу частей, составляющих единое целое друг с другом, из которых первая часть скользит в цилиндре, а вторая часть скользит в камере.
3. Устройство по п. 1, в котором предусмотрены средства для регулирования давления активационных средств ударного поршня, чтобы модифицировать характеристики звуковой эмиссии самого устройства.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором предусмотрено средство генерации электромагнитных сил Лоренца для толкания ударного поршня по направлению к насосному поршню посредством магнитных полей, генерируемых электрическими схемами, составляющими единое целое с цилиндром, и электрическими схемами, составляющими единое целое с ударным поршнем.
5. Способ генерации упругих волн в подводной среде, осуществляемый посредством устройства по п. 1, содержащий следующие этапы:
a) ударный поршень толкает по насосному поршню, посредством давления активационного средства или электромагнитных сил внутри объема цилиндра, в контакте со стороной ударного поршня, противоположной ударной стороне, до тех пор, пока не будет вызван удар по насосному поршню, генерирующий импульс;
b) насосный поршень передает импульс в воду подводной среды, создавая волну давления, посредством стороны, противоположной ударной стороне;
c) насосный поршень замедляется до остановки из-за давления, создаваемого на его поверхности морской водой, прекращая процесс звуковой эмиссии.
6. Способ по п. 5, в котором газовое, паровое или жидкостное активационное средство после удара выводится из объема посредством энергии давления жидкости, вводимой между ударной стороной ударного поршня и ударной стороной насосного поршня.
7. Способ по п. 5 или 6, в котором активационным средством является текучая среда под давлением, генерируемая испарением жидкости, в частности воды, отсасываемой из подводной среды.
8. Способ по п. 7 или 6, в котором активационным средством является текучая среда под давлением, в частности вода, отсасываемая из подводной среды.
9. Способ по п. 7, в котором текучая среда под давлением представляет собой газ или пар, которые после расширения, претерпеваемого после запуска поршней, повторно сжимаются с помощью энергии давления, накопленной в накопительном баке, содержащем газ и жидкость, и при этом энергия подается системой насосов, которые впрыскивают жидкость, сжимая газ, содержащийся в ней.
10. Способ по п. 7, в котором текучая среда под давлением представляет собой газ или пар, которые после расширения, претерпеваемого после запуска поршней, повторно сжимаются обратным движением ударного поршня, который проходит вдоль цилиндра в противоположном направлении по отношению к тому, что связано с фазой расширения газа из напорного бака, движение насосного поршня генерируется действием давления жидкости, содержащейся в накопительном баке, при этом давление поддерживают на высоком уровне по отношению к действующему в напорном баке посредством действия насосов.
