Способ возбуждения упругого импульса в воде

Союз Советскнк Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЮТИЛЬСТВУ п 11894637лгу,.(22) Заявлено 28. 06.78 (21) 2632929/18-25с присоединением заявки йф(23) Приоритет М Кдз 6 01 Ч 1/02 Гасударственный квинтет СССР е федаи нзвбретеный н фтырмейДата опубликования описания 30. 12. 81 ((72) Автор изобретения А.М. Грибанов Геленджикское отделение Научно-исследовательскогоинститута морской геофизики Научно-проиэводствейногбоб иеи(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 воздействиян 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 способеусиление первого импульса основанона суммировании с некоторыми временными задержками сигналов от нескольких пневмоиэлучателей, располагающихся вдоль некоторой линии 1).Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ возбуждения упругого импульса в виде источника сигнала, размещенного в предварительно сформиро"ванной газовой полости с давлениемгаза в ней, близким к гидростати ческому на глубине погружения источника ) 2. В известном способе в качествеисточника используют взрывы ВВ вЮ корпусе с газом. Корпус выполненв виде полусферы с открытым дном,через которое высвобожденная привзрыве 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 обраще 30 нии, 89463 7сширени я начального этапаи но принять нПгде йн " начальный радиуДавление газа внутрипри этом равно для изотепроцесса полости.олостимического Рк Нк и-ТГч ) к н(3)К Цель изобретения - увеличениеакустической энергии в излучаемомимпульсе и снижение отрицательноговоздействия на ихтиофауну,Поставленная цель достигаетсятем, что возбуждение сигнала осуществляют путем пропускания сжатого воздуха от пневмоизлучателя через полость, которую формируют вместе выпускных отверстий пневмоизлучателя, при этом объем предварительно сформированной полостивыбирают в диапазоне от одной третидо двух объемов расходной камерыпневмоизлучателяКроме того, полость формируют ввиде диска или тороида.В качестве полости применяют кавитационную полость в воде или полость, сформированную эа счет истечения части воздуха от источникасжатого воздуха или из расходной камеры пневмоизлучателя., Согласно предлагаемому способуосуществляется следующая последовательность операций.До выхлопа воздуха иэ расходнойкамеры пневмоизлучателя в воде, вместе выпускных отверстий формируется газовая (заполненная воздухомили парами воды) полость оптимального объема (Нн ) с давлением газав ней, близким к гидростатическомуна глубине погружения пневмоизлучателя. Выхлоп сжатого воздухаиз камеры давления пневмоизлучателя выполняется в предварительносформированную газовую полость.Приэтом акустической энергии излучается всегда больше, чем при отсутствии указанной полости, а пиковоедавление газа в пузыре всегда ниже, чем без полости.Это можно видеть из следующегоприближенного расчета. Для сферического источника йзбыточное давление (РИ ) в точке наблюдения,располагающейся в волновой зоне,пропорционально в каждый моментвремени в первом приближении произведению избыточного давления в газовой полости (Рп ) на радиус этойполости (ВП) и обратно пропорционально расстоянию между центромполости и точкой наблюдения (г):(1)изГ где В - радиус сферы, равны 1 пообъему расходно; камередавления пневмоизлучателя;Р - давление сжатого газа вкамере пневмоизлучателяперед его срабатыванием;К - показатель адиабаты.Длительность импульса сжатия (7)в первом приближении равнарт (5) 0 а излучаемая акустическая энерг(Е,) равна при адиабатическом расширении и ВкП 3 к При этом пиковое давление газав пузыре, как следует из (3) и (4)на начальном этапе расширения ока 45 зывается близким к давлению газа вкамере , а длительность импульсадавления малой за счет малого ВИ ивысокогО РП, Допустим, далее, чтопредварительно сформирована газова50 полость в воде радиусомккНр г -(9)2 для изотермического расширения и5./Зк 1для адиабатического, Как и в первомслучае, газ перетекает иэ камеры 0 давления в газовую полость, и последняя расширяется в воде. Избыточноедавление (Р ) и в этом случае достигает своего максимума при радиусепузыря, равного радиусу предвари тельно сформированной полости, а по где Р - плотность окружающей источник воды;20 скорость звука в воде.Положим, что радиус предварительно сформированный газовой полости (Й) близок к нулю. Найдем текущее значение радиуса пузыря ВП),при котором избыточное давление(Ри ) достигает в точке наблюдениясвоего максимума при перетеканиигаза из камеры пневмоизлучателя вгазовую полость в воде и дальнейшемее расширении, Для этого подставляя(1), дифференцируя по йп и прйравнивая производную нулю, получим прииэотермическом расширении(14) 40 50 Составитель Л. СолодиловТехред Т. Маточка Корректор Н. Ивыдкая Редактор Е. Папп Тираж 735 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 11483/75 Филиал ППП фПатент", 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 В и меньшего Р, Тем самым в данном случае возрастает излучаемая акустическая энергия.Лбсолютного максимума излучаемая акустическая энергия достигает при радиусе предварительно сформированной газовой полости, равном для изотермического расширения3/уе 1" к-(3/2Иэ сказанного следует, что если предварительно формируется газовая полость радиуса, лежащего в пределах (так как на практике процесс расширения политропический) с Р2 К (13)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 морепоказывает, что излучаемая акустическая энергия еще больше возрастает, если предварительная газоваяполость оптимального объема Формируется не в виде сферы, а в видедиска, тороида, Предварительной газовой полостью может служить кавитационная полость в воде или голость, сформированная эа счет истечения части воздуха от источникасжатого воздуха или расходной камеры пневмоизлучателя. Последнеевозможно потому, что расход газана формирование полости оказываетсямал и составляет доли процента или первые проценты от запасаемого вкамере количества газа,Реализация предлагаемого .способапроста, возможна с использованиемвсех выпускаемых в настоящее времяпневмоизлучателей. Экспериментальная проверка способа в море показывает что КПД излучателей объемомдо 3 дм З возрастает приблизительнов 1,5 раза, объемом 10-15 дм в2 раза.Использование предлагаемого способа возбуждения упругого сигналапневмоизлучателем вводной толщепозволяет поднять акустический КПД,увеличить глубинность сейсмическихисследований на акваториях, понизитьотрицательное воздействие на ихтиофауну. 1. Способ возбуждения упругогоимпульса в воце источником сигнала,размещенныи в предварительно сформированной газовой полости с давлениемгаза в ней, близким к гидростатическому на глубине погружения источника, о т л и ч а ю щ и й с я 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 местевыпускных отверстий пневмоизлучателя,при этом объем предварительно сформированной полости выбирают в диапазоне от одной трети до двух объемоврасходной камеры пневмоизлучателя.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что полость Фориируют в виде диска или тороида.3. Способ по пп. 1 и 2,о т л ич а ю щ и й с я тем, что в качествеполости применяют кавитационную полость в воде или полость, сформированную за счет истечения части воздуха от источника сжатого воздухаили из расходной камеры пневмоиэлучателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СШЛ Р 3804194,кл. 181-5, опублик. 1975.2. Патент СИ Р 2586706,кл. 181-6, опублик. 1952 (прототип).