Способ возбуждения упругого импульса в воде

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЮТИЛЬСТВУ п11894637

l г (б1) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 28. 06.78 (21) 2632929/18-25 с присоединением заявки N9 (23) Приоритет 5 М К„з

G 01 Ч 1/02

Гасударственный квинтет

СССР

«е яеааи нзвбретеный и етырмтнй

Опубликовано 30.12З1 Бюллетень М 48 (5З) УДК 550,834 (088 ° 8) Дата опубликования описания 30. 12. 81 (P2) Автор изобретения

A.N. Грибанов

Геленджикское отделение Научно-исследовательского института морской геофизики Научно-проиэводствейногб "---.... об иеи (73) Заявитель (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГОГО ИМПУЛЬСА В ВОДЕ

Изобретение относится к акустике, а именно к области возбуждения импульса давления в водной толще пневмоизлучателем, и может быть использован при сейсмических исследованиях на море.

Акустический КПД используемых в настоящее время одиночных пневмоиэлучателей, оцениваемый по первому импульсу давления (фазе сжатия) в волновой зоне, относительно низок (2-4%).Для увеличения глубинности сейсмических исследований необходимо увеличивать излучаемую акустическую энергию, повышать КПД пневмоиэлучателя, а пиковое давление в газовых пузырях уменьшать с целью снижения отрицательного воздействия н ихтиофауну.

Известен способ увеличения излучаемой энергии пневматическим генератором и устройство, состоящий в линейном группировании двух или больше камер давления, выполненных внутри длинного цилиндра с последовательным их срабатыванием беэ измеиения знака импульса и формированием итогового газового пузыря в форме цилиндра, что усиливает первый импульс давления и обеспечивает гашеиие пульсаций газового пузыря.

Таким образом, в данном способе усиление первого импульса основано на суммировании с некоторыми временными задержками сигналов от нескольких пневмоиэлучателей, располагающихся вдоль некоторой линии f1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ возбуждения упругого импульса в виде источника сигнала, размещенного в предварительно сформированной газовой полости с давлением газа в ней, близким к гидростати35 ческому на глубине погружения источника (2).

В известном способе в качестве источника используют взрывы ВВ в

20 корпусе с газом. Корпус выполнен в виде полусферы с открытым дном, через которое высвобожденная при взрыве энергия отражается вниз.Способ позволяет увеличить акустическую энергию в излучаемом импульсе.

Однако и в этом случае значительная доля энергии расходуется непроизводительно. Кроме того, известный способ трудоемок в обраще30 нии, 89463 7 я начального этапа и но принять расширения

Н (2)

П где RH - начальный радиус полости.

Давление газа внутри полости при этом равно для изотермического процесса

Рк. RK — — — (3)

К К

Р к .Нк

A n - (Й +Н ) к н

Цель изобретения — увеличение акустической энергии в излучаемо(л импульсе и снижение отрицательного воздействия на ихтиофауну.

Поставленная цель достигается тем, что возбуждение сигнала осуществляют путем пропускания сжатого воздуха от пневмоизлучателя через полость, которую ((>ормируют в месте выпускных отверстий пневмоизлучателя, при этом объем предварительно сформированной полости выбирают в диапазоне от одной трети до двух объемов расходной камеры пневмоизлучателя.

Кроме того, полость формируют в виде диска или тороида.

В качестве полости применяют кавитационную полость в воде или полость, сформированную эа счет истечения части воздуха от источника сжатого воздуха или из расходной камеры пневмоизлучателя., Согласно предлагаемому способу осуществляется следующая последовательность операций.

До выхлопа воздуха иэ расходной камеры пневмоизлучателя в воде, в месте выпускных отверстий формируется газовая (заполненная воздухом или парами воды) полость оптимального объема (Нн ) с давлением газа в ней, близким к гидростатическому на глубине погружения пневмоизлучателя. Выхлоп сжатого воздуха из камеры давления пневмоизлучателя выполняется в предварительно сформированную газовую полость.При этом акустической энергии излучается всегда больше, че>л при отсутствии указанной полости, а пиковое давление газа в пузыре всегда ниже, чем без полости.

Это можно видеть из следующего приближенного расчета. Для сферического источника йзбыточное давление (Р ) в точке наблюдения, располагающейся в волновой зоне, пропорционально в каждый момент времени в первом приближении произведению избыточного давления в газовой полости (Рп ) на радиус этой полости (КП) и обратно пропорционально расстоянию между центром полости и точкой наблюдения ().): (1) изь где R — радиу(: сферы, f авш))(по объему расходно; камере давления пневмоизлучателя;

Р„ — давление сжатого газа в камере пневмоизлучателя перед его срабатыванием;

K — показатель адиабаты.

Длительность импульса с>.<атия (7) в первом приближении равна (5) t0

Рм

P а излучаемая акустическая энергия (E ) равна

15 где Р— плотность окружающей источник воды;

20 скорость звука в воде.

По> ожим, что радиус предварительно сформированный газовой полости (Й„) близок к нулю. Найдем текущее значение радиуса пузыря 1ВП), при котором избыточное давление (Ри ) достигает в точке наблюдения своего максимума при перетекании газа из камеры пневмоизлучателя в газовую полость в воде и дальнейшем ее расширении. Для этого подставляя (Э) и (4) (где R заменяем кП) в (1), дифференцируя по R> и и >йравнивая производную нулю, получим при иэотермическом расширении

R

Rq р (7) при адиабатическом расширении

40 Вк (8)

П ф

При этом пиковое давление газа в пузыре, как следует из (3) и (4), на начально л этапе расширения ока45 зывается близким к давлению газа в камере, а длительность импульса давления малой за счет малого RH u высокогО P . Допустим, далее, что предварительно сформирована газовая

50 полость в воде радиусом

Rê

HP у — (9) для изотермического расширения и

55 к" = — "- — ((о) Р для адиабатического. Как и в первом случае, газ перетекает иэ камеры

60 давления в газовую полость, и последняя расширяется в воде. Избыточное давление (Р„ ) и в этом случае достигает своего максимума при радиусе пузыря, равного радиусу предвари65 тельно сформированной полости, а по

894637

15 (12)

Формула изобретения

VH с-Мк (14) 40

Составитель Л. Солодилов

Техред T. Маточка Корректор H. Ивыдкая

Редактор Е. Папп

Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 11483/75

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 абсолютному значению близко к тому, что наблюдается в первом случае. Пиковое значение давления газа в пузыре при этом всегда меньше Р, а длительность импульса, как следует иэ (5), значительно больше длительности импульса, наблюдаемой в первом случае, эа счет большего R и меньшего

Р . Тем самым в данном случае возрастает излучаемая акустическая энергия.

Абсолютного максимума излучаемая акустическая энергия достигает при радиусе предварительно сформированной газовой полости, равном для изотермического расширения

3/

УЕ ) " К (11) и для адиабатического к к л„

Иэ сказанного следует, что если предварительно формируется газовая полость радиуса, лежащего в пределах (так как на практике процесс расширения политропический) 3 c R) < 2R (13)

-/3

30 то при этом выделяет я пневмоизлу чателем акустической энергии всегда больше, чем беэ укаэанной полости.

НеравеНство (13), выраженное через объем (Чк) расходной камеры пневмоизлучателя (при К принятом

1,33), можно записать в виде

Экспериментальная проверка в море показывает, что излучаемая акустическая энергия еще больше возрастает, если предварительная газовая полость оптимального объема формируется не в виде сферы, а в виде диска, тороида. Предварительной газовой полостью может служить кавитационная полость в воде или голость, сформированная эа счет истечения части воздуха от источника сжатого воздуха или расходной камеры пневмоизлучателя. Последнее возможно потому, что расход газа на формирование полости оказывается мал и составляет доли процента или первые проценты от запасаемого в камере количества газа.

Реализация предлагаемого .способа проста, возможна с использованием всех выпускаемых в настоящее время пневмоизлучателей. Экспериментальная проверка способа в море показывает что КПД излучателей объемом до 3 дм З возрастает приблизительно в 1,5 раза, объемом 10-15 дм в

2 раза.

Использование предлагаемого способа возбуждения упругого сигнала пневмоизлучателем в водной толще позволяет поднять акустический КПД, увеличить глубинность сейсмических исследований на акваториях, понизить отрицательное воздействие на ихтиофауну.

1. Способ возбуждения упругого импульса в воце источником сигнала, размещенныи в предварительно сформированной газовой полости с давлением газа в ней, близким к гидростатическому на глубине погружения источника, отличающийся тем, что, с целью увеличения доли акустической энергии в излучаемом сигнале, возбуждение сигнала осуществляют путем пропускания сжатого воздуха от пневмоиэлучателя через полость, которую формируют в месте выпускных отверстий пневмоизлучателя, при этом объем предварительно сформированной полости выбирают в диапазоне от одной трети до двух объемов расходной камеры пневмоизлучателя.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что полость формируют в виде диска или тороида.

3. Способ по пп. 1 и 2,о т л ич а ю шийся тем, что в качестве полости применяют кавитационную полость в воде или полость, сформированную за счет истечения части воздуха от источника сжатого воздуха или из расходной камеры пневмоиэлучателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CUBA Р 3804194, кл. 181-5, опублик. 1975.

2. Патент CUA Р 2586706, кл. 181-6, опублик. 1952 (прототип).