Гидрофонный модуль для морского сейсмического кабеля

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение касается морских сейсмических кабелей, и более конкретно, буксируемого сейсмического кабеля, который поддерживают на плаву гибкие твердые материалы,расположенные внутри кабеля. Уровень техники В течение многих лет промышленность морских сейсмических исследований опиралась на заполненные текучей средой сейсмические кабели. Морские сейсмические кабели представляют собой один из самых важных компонентов, находящихся в настоящее время на борту сейсмических исследовательских судов, и имеют прямое влияние на точность результатов,которые получают исследователи и специалисты. Количество и тип текучей среды в заполненных маслом кабелях следует регулировать в зависимости от изменений температуры и/или солесодержания воды. Заполненные маслом кабели склонны также к утечке. Наружный кожух известных сейсмических кабелей подвержен разрывам и износу. Это, в частности, нежелательно потому, что это подвергает внутренние электрические компоненты воздействию морской воды и нарушает плавучесть кабеля. Некоторые опасные элементы, с которыми сталкиваются сейсмические кабели, включают подводные препятствия, рыболовецкие суда и морские животные. Эти опасные элементы могут разрывать кабели, которые затем могут погружаться и, следовательно, вызывать существенные простои и потерю эффективности. В патентах США 5089668, 5141796 и 5471436 раскрыто использование плавучего материала для обеспечения твердой или полутвердой составляющей сейсмического кабеля. Однако в этих случаях расположение или размещение гидрофонов не рассматривались. Промышленность нуждается в сейсмическом кабеле, который имеет обтекаемую форму,является плавучим даже когда прорывается кожух, может находиться в длительном использовании, и который требует незначительного технического обслуживания. Промышленность нуждается в сейсмическом кабеле, который требует меньше времени переключения для приспосабливания к различным морским условиям. Промышленность нуждается в кабеле, который минимизирует гидрофонные шумы, создаваемые относительным перемещением компонентов кабеля. Сущность изобретения Настоящее изобретение решает вышеперечисленные проблемы в отношении гидрофонного модуля с профилем низкого аэродинамического сопротивления, сконструированного для использования с твердым морским сейсмическим кабелем или отдельного использования,например, при прикреплении к внешней поверхности судна. В одном варианте осуществ 001747 2 ления изобретения гидрофонный модуль с профилем низкого аэродинамического сопротивления включает в себя блок, имеющий изогнутую поверхность и принимающую поверхность, в которой расположены открытая полость, гидрофонный модуль, к которому прикреплены выводные провода, расположенный в полости, выводные провода которого выходят из полости, и материал передачи звука, который заполняет полость. В другом варианте осуществления изобретения гидрофонный узел включает в себя гидрофон и материал перегородки, где материал перегородки закрывает гидрофон, полость уплотняется вокруг выводных проводов, материалом передачи звука является масло, а на полости уплотняющим способом закреплена крышка. В другом варианте осуществления изобретения гидрофонный модуль включает в себя гидрофон и корпус, полость уплотняется вокруг выводных проводов, материал передачи звука представляет собой герметизирующий наполнитель и на полости уплотняющим способом прикреплена крышка. Цель изобретения состоит в разработке конструкции гидрофонного модуля, который минимизирует шумы гидрофона, создаваемые относительным перемещением компонентов кабеля, улучшая, таким образом, прием. Другая цель изобретения состоит в разработке конструкции гидрофонного модуля с профилем низкого аэродинамического сопротивления, который можно использовать отдельно от корпусов гидрофонов, например, на корпусе судна. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет общий вид иллюстративного сейсмического кабельного узла, буксируемого судном, где узел содержит много гидрофонов; фиг. 2 - изображение в разобранном виде предпочтительного варианта осуществления твердого морского сейсмического кабельного узла; фиг. 3 - вид в поперечном разрезе предпочтительного варианта осуществления несущего нагрузку пучка волокон; фиг. 4 - вид в поперечном разрезе предпочтительного варианта осуществления кабеля; фиг. 5 - изображение в перспективе соответствующего предпочтительному варианту осуществления корпуса гидрофона; фиг. 6 а - вид в поперечном разрезе предпочтительного варианта осуществления корпуса гидрофона; фиг. 6b - вид в поперечном разрезе предпочтительного варианта осуществления колпачка гидрофона; фиг. 6 с - вид сверху предпочтительного варианта осуществления гидрофонного колпачка; 3 фиг. 7 а - изображение в поперечном разрезе в разобранном виде альтернативного варианта осуществления гидрофонного колпачка; фиг. 7b - вид сверху показанного на фиг. 7 а альтернативного варианта осуществления. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения Как показано на фиг. 1, судно 12 буксирует твердый морской сейсмический кабельный узел 10. Кабельный узел 10 содержит гидрофоны 14(показанные на фиг. 6). Рассматривая фиг. 2, отметим, что кабельный узел 10 включает в себя кабель 16, корпуса 20 гидрофонов, плавучий наполнитель 24 и наружный защитный кожух 28. Кабель 16 включает в себя несущий нагрузку пучок 32 волокон,провода 36 передачи данных, силовые проводники 38 и оптические волокна 40, заключенные в трубку из нержавеющей стали, и прозрачную защитную оболочку 42. Оптические волокна 40 передают телеметрические данные. На фиг. 3 показано, что несущий нагрузку пучок 32 волокон включает в себя тонкую оболочку 46, заключающую в себя высокопрочное волокно 52 с противоспиральной намоткой. Оболочка 46 защищает волокна 52 от истирания проводами 36 передачи данных, силовыми проводниками 38 и оптическими волокнами 40 (показанными на фиг. 4). Волокно 52 представляет собой "КЕВЛАР 29" (KEVLAR 29), имеющийся у фирмы "Е.И. Дюпонт", расположенной в г. Уилмингтон, шт. Делавар. На фиг. 4 показаны провода передачи данных, силовые проводники 38 и оптические волокна 40, окружающие несущий нагрузку пучок 32 волокон. Защитная оболочка 42 окружает узел из этих четырех элементов. Как показано на фиг. 2, корпуса 20 гидрофонов закрепляют вокруг кабеля 16 разнесенным друг от друга способом. Каждый корпус 20 гидрофона включает в себя гидрофонный модуль или гидрофонный колпачок 56, а каждый гидрофонный колпачок содержит гидрофон 14(как показано на фиг. 6 и 7). Кабель 16 между корпусами 20 гидрофонов окружен плавучим наполнителем 24. Наружный защитный кожух 28 окружает корпуса 20 гидрофонов и плавучий наполнитель 24. Защитный кожух 28 представляет собой составной кожух, имеющий внутренний слой 62 из полиуретана и внешний слой 66 из поливинилхлорида. Защитный кожух 28 имеется у фирмы "Бейленд корпорейшн", г. Манвел, шт. Техас, в совместно выдавливаемой форме. Защитный кожух 28 герметизирует кабельный узел 10 от воды. Плавучий наполнитель 24 представляет собой трубку с прорезью, которая изготовлена из составной смеси термопластического эластомера и стеклянных микросфер, где составная смесь имеет удельный вес от 0,76 до 0,82. Эластомером является "ВИСТАФЛЕКС" (VISTA 001747"Эдвансд эластомерз, инк.", г. Акрон, шт. Огайо. Стеклянными микросферами являются материалы с товарным знаком "СКОЧ-ЛАЙТ"(SCOTCHLITE), детальB38/4000, имеющийся у фирмы "3 М корпорейшн", г. Санта-Паул,шт. Миннесота. Плавучий наполнитель 24 по существу заполняет участки, ограниченные самой внешней цилиндрической поверхностью 70 кабеля 16 и воображаемой цилиндрической поверхностью, которая простирается между самыми внешними цилиндрическими поверхностями 74 соседних корпусов 20 гидрофонов. Клеящее вещество (не показанное), наносимое вдоль прорези в трубке с прорезью, связывает плавучий наполнитель 24 вокруг кабеля 16. Каждый корпус 20 гидрофона дополнительно включает в себя верхнюю часть или верхнюю оправу 78 и нижнюю часть или нижнюю оправу 82. Каждая оправа 78 и 82 имеет углубление 90 зазора для проводов. Каждая опора 78 имеет принимающее углубление 86, а оправа 82 может необязательно иметь принимающее углубление 86. Каждая оправа 78 и 82 включает в себя контактную поверхность 94,которая соприкасается с кабелем 16, когда оправы крепят вокруг кабеля. Контактная поверхность 94 включает в себя ребра или буртики 98(наиболее ясно показанные на фиг. 6). Оправы 78 и 82 закрепляют вокруг кабеля 16 посредством винтов 102. Эти буртики 98 жестко захватывают кабель 16 посредством увеличивающегося контактного давления на единицу площади между буртиками и кабелем. Корпус 20 гидрофона изготавливают из высокопрочного легкого жесткого, формуемого посредством литья под давлением составного полимера, содержащего порядка 40 вес.% заполнение стекловолокна в полиуретановой смоле. Подходящие полимеры включают в себя"Б.Ф. Гудрич корпорейшн", г. Джексовилл, шт. Флорида. Рассматривая фиг. 6 а, отметим, что оправы 78 и 82 дополнительно включают в себя канал 106 для проводов между принимающим углублением 86 и углублением 90 зазора для проводов. На фиг. 6b и 6 с показано, что гидрофонный колпачок 56 включает в себя блок 110 и изолятор 112. Блок 110 имеет изогнутую наружу или цилиндрическую поверхность 118 (показанную на фиг. 2 и 5), торцевые поверхности 122 и 126 и принимающую поверхность 130. Принимающая поверхность 130 пересекается цилиндрической поверхностью 118. Блок 110 имеет полость 134. Полость 134 имеет кромку 142 по периметру, которая определяет пересечение полости и принимающей поверхности 130. 5 Узел 150 гидрофонов установлен в полости 134. Узел 150 гидрофона включает в себя гидрофон 14, выводные провода 154 и корпус 158 гидрофона. Гидрофон представляет собой гидрофон марки "ПРЕСИЗ" (PRESEIS), имеющийся у фирмы "Ввод/вывод, инк.", г. Алвин,шт. Техас. Гидрофон 14 смонтирован в корпусе 158 гидрофона. Корпус 158 гидрофона поддерживает гидрофон 14 в полости 134. Выводные провода 154 электрически соединены с гидрофоном 14. Выводные провода 154 проходят через отверстия 166 на внешнюю сторону гидрофонного колпачка 56. Материал уплотнения (не показанный) герметизирует отверстия 166. Гидрофон 14 уплотняется в полости 134 герметизирующим наполнителем 135. Предпочтительным герметизирующим наполнителем является "ПОЛИСЕТ" (POLY SET), детальРС 3062, имеющийся у фирмы "Полисет компани" в г. Микениквил, шт. Нью-Йорк. Герметизирующий наполнитель 135 по существу заполняет все пространство в полости 134, не занятое гидрофоном 14. Между колпачком 56 и принимающим углублением 86 расположен изолятор 112, который уплотнен относительно заполненной полости 134 и принимающего углубления 86 прокладочным составом, например "ПЕРМАТЕКС" (PERMATEX), имеющимся у фирмы"Перматекс индастриал дивижн", г. Рок-Хилл,шт. Коннектикут, чтобы исключить любые пустоты между изолятором 112 и герметизирующим наполнителем 135 и принимающим углублением 86. На фиг. 5 и 6 а показано, что винты 168 захватывают изолятор 112 при креплении колпачка 56 к принимающему углублению 86 (изображенному на фиг. 1) на оправах 78 и 82. Винты 168 проходят через гидрофонный колпачок 56 и изолятор 112 в оправы 78 и 82. Изолятор 112 является жестким и имеет высокомодульную упругость. Изолятор 112 предпочтительно изготавливают из нержавеющей стали серии 300 в виде пластины толщиной 0,035 дюйма (0,89 мм). Выводные провода 154 соединены с соответственными проводами 36 передачи данных кабеля 16, через сростки (не показанные). Сростки находятся в углублении 90 зазора для проводов. Наружная цилиндрическая поверхность 118 каждого гидрофонного колпачка 56 находится заподлицо с наружной цилиндрической поверхностью 178 каждого корпуса 20 гидрофона. В оправах гидрофонов можно использовать один гидрофон, как показано на фиг. 5, или могут содержаться два гидрофона, как показано на фиг. 6 а, либо, при желании, больше. Теперь рассмотрим фиг. 7 а и 7b, на которых показано, что в альтернативном варианте осуществления гидрофонный колпачок 56 включает в себя блок 108 и крышку 114. Блок 108 имеет наружную изогнутую или цилиндри 001747 6 ческую поверхность 118 (как показано на фиг. 2 и 5), торцевые поверхности 122 и 126 и принимающую поверхность 130. Принимающая поверхность 130 пересекает цилиндрическую поверхность 118. Блок 108 имеет полость 136 и канал 138 для расположения прокладки. Полость 136 имеет кромку 142 по периметру, которая определяет пересечение полости и принимающей поверхности 130. Канал 138 описывает кромку 142 по периметру. Канал 138 содержит прокладку 146. Гидрофонный узел 152 установлен в полости 136. Гидрофонный узел 152 включает в себя гидрофон 14, выводные провода 154 и перегородки 162. Перегородка располагает гидрофон 14 по центру в полости 136. Материал 162 перегородки представляет собой пенопластовую структуру с открытыми ячейками. Выводные провода 154 электрически соединены с гидрофоном 14. Выводные провода 154 проходят через отверстия 166 во внешнюю часть гидрофонного колпачка 56. Уплотняющее вещество (не показанное) уплотняет отверстия 166. Полость 134 заполнена маслом 170, которое затопляет гидрофонный узел 152. Масло представляет собой жидкость, которая является акустически прозрачной и которая имеет плотность, аналогичную плотности воды. Подходящие масла включают в себя касторовое масло"ПАРАТЕРМ NF" (PARATHERM NF), имеющееся у фирмы "Паратерм корпорейшн", г. Коншохокен, шт. Пенсильвания. Крышку 114 уплотняющим образом располагают на полости 134 и канале 138. Крышка 114 является жесткой и имеет высокомодульную упругость. Крышку 114 предпочтительно делают в виде пластины из нержавеющей стали серии 300 толщиной 0,035 дюйма (0,89 мм). Кромку 114 к блоку 108 жестко крепят посредством зажимов 174,имеющих цилиндрическую головку с закругленным торцом. Как показано на фиг. 5 и 6, гидрофонный колпачок 56 установлен в принимающем углублении 86 (изображенном на фиг. 1) оправ 78 и 82. Винты 168 крепят гидрофонный колпачок 56 к оправам 78 и 82. Выводные провода 154 соединены с соответственными проводами 36 передачи данных кабеля 16 через сростки (не показанные). Углубление 90 зазора для проводов содержит сростки. Наружная цилиндрическая поверхность 118 каждого гидрофонного колпачка 56 находится заподлицо с наружной цилиндрической поверхностью 178 каждого корпуса 20 гидрофона. Возвращаясь к фиг. 2, отметим, что способ изготовления морского сейсмического кабеля 10 включает в себя следующие этапы: окружения несущего нагрузку пучка 32 волокон проводами 36 передачи данных, силовыми проводниками 38 и оптическими волокнами 40 (показанными 7 на фиг. 4); закрывания несущего нагрузку пучка 32 волокон, проводов 36 передачи данных, силовых проводников 38 и оптических волокон 40 защитной оболочкой 42; закрепления корпусов 20 гидрофонов вдоль кабеля 16; электрического соединения гидрофона 14 в каждом корпусе 20 гидрофона с соответственными проводами 36 передачи данных посредством сростка; установки трубчатого плавучего наполнителя 24 между корпусами 20 гидрофонов и вокруг кабеля 16, и закрывания кабеля 16, корпусов 20 гидрофонов и плавучего наполнителя 24 защитным кожухом 28. Обращаясь снова к фиг. 6 а, 6b и 6 с, отметим, что способ изготовления гидрофонного колпачка 56 для кабельного узла 10 включает в себя следующие этапы: образование блока 110,имеющего цилиндрическую поверхность 118 и полость 134, которая расположена в принимающей поверхности 130 блока 110; монтаж гидрофона 14, к которому крепят выводные провода 154, в корпусе 158 гидрофона, создавая,таким образом, гидрофонный узел 150; установки гидрофонного узла 150 в полости 134; пропускание выводных проводов 154 из полости 134; уплотнение полости 134 вокруг выводных проводов 154; уплотнение гидрофонного узла 150 в полости 134 герметизирующим наполнителем 135 и герметическое крепление изолятора 112 к уплотненному узлу и принимающему углублению 86, используя состав прокладки типа"ПЕРМАТЕКС" (PERMATEX). Возвращаясь к фиг. 7 а и 7b, отметим, что альтернативный способ изготовления альтернативного варианта осуществления гидрофонного колпачка 56 для кабельного узла 10 включает в себя следующие этапы: образование блока 108,имеющего цилиндрическую поверхность 118 и полость 136, которая расположена в принимающей поверхности 130 блока 110; монтирование гидрофона 14, к которому прикрепляют выводные провода 154, в материале 162 перегородки, создавая, таким образом, гидрофонный узел 152; устанавливание гидрофонного узла 152 в полости 136; пропускание выводных проводов 154 из полости 136; уплотнение полости 136 вокруг выводных проводов 154, и крепление крышки 114 на полости 136. В процессе работы кабельный узел 10 соединяют с блоком регистрации данных (не показанным) на борту судна 12. Кабельный узел 10 разматывают с намоточного барабана (не показанного) на судне 12 и опускают в воду. Гидрофон 14 принимает акустические волны,которые проходят через защитный кожух 28,наружную цилиндрическую поверхность 118 гидрофонного колпачка 58 и герметизирующий наполнитель 135 или масло 170. Гидрофон преобразует эти акустические волны в электрические сигналы, которые передают по выводным проводам 154, сростку и проводам 36 передачи данных на электронные модули индикатора по 001747 8 тока (не показанные), которые затем посылают данные посредством телеметрии по оптическим волокнам 40 на блок записи данных, находящийся на судне. Преимущество состоит в том, что в случае твердого кабеля защитный кожух 28 проходит по всей длине кабельного узла 10, делая таким образом кабельный узел обтекаемым. Это минимизирует шумы благодаря минимизированию неровных поверхностей, которые прерывают ламинарный поток вокруг кабельного узла 10. Другое преимущество состоит в том, что кабельный узел 10 остается плавучим, даже когда прорывается защитный кожух 28. Еще одно преимущество состоит в том, что кабельный узел 10 является прочным и требует незначительного технического обслуживания. Еще одно преимущество состоит в том, что кабельный узел 10 требует меньше времени переключения для приспосабливания к различным морским условиям, потому что плавучесть кабеля с твердым наполнением менее подвержена действию температуры воды по сравнению с кабелем с жидким наполнением. Другим преимуществом изобретения является гидрофонный модуль, который минимизирует гидрофонный шум, создаваемый относительным перемещением компонентов кабеля, улучшая таким образом прием. Еще одно преимущество состоит в том, что изолятор 112 значительно улучшает чувствительность гидрофона 14. Изолятор 112 компенсирует также тонкую стенку между принимающим углублением 86 и контактной поверхностью 94. Кроме того, изолятор 112 снижает шум, идущий изнутри кабеля 16 или изнутри кабельного узла 10. Еще одно преимущество состоит в том, что материал 162 перегородки изолирует гидрофон 14 от блока 110 и крышки 114. Еще одно преимущество состоит в том, что из-за своего тонкого профиля, гидрофонный колпачок 56 может быть использован отдельно от корпуса 20 гидрофона, например, на корпусе судна 12. В альтернативном варианте осуществления материал 162 перегородки удерживает гидрофон 14 от относительного перемещения внутри полости 134, устраняя необходимость использования корпуса 158 гидрофона. В другом альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг. 4, способ изготовления твердого морского сейсмического кабельного узла 10 включает в себя этапы: окружения несущего нагрузку пучка 32 волокон проводами 36 передачи данных, силовыми проводниками 38 и оптическими волокнами 40; закрывания несущего нагрузку пучка 32 волокон, проводов 36 передачи данных, силовых проводников 38 и оптических волокон 40 защитной оболочкой 42; закрепления корпусов 20 гидрофонов вдоль кабеля 16; устанавливания 10 масло, а к полости уплотняющим образом прикреплена герметизирующая крышка. 3. Гидрофонный модуль по п.1, в котором звукопередающий материал представляет собой герметизирующий наполнитель. 4. Гидрофонный модуль по п.2, в котором изогнутый поверхностью является цилиндрическая поверхность и в котором корпус имеет торцевые части и принимающую поверхность, через которую в полости установлен гидрофонный узел. 5. Гидрофонный модуль по п.1, в котором перегородка ограничивает расположение гидрофона по центру в полости. 6. Гидрофонный модуль по п.4, в котором гидрофонный узел включает в себя корпус гидрофона, поддерживающий гидрофон внутри полости. 7. Способ изготовления гидрофонного модуля для морской сейсмической системы, содержащего провода передачи данных, согласно которому изготавливают корпус, имеющий внешнюю изогнутую поверхность, полость для микрофона и углубление для проводов, расположенное вдоль продольной оси корпуса, устанавливают в полости гидрофонный узел, к которому прикреплены выводные провода, пропускают выводные провода из полости и заполняют полость звукопередающим материалом, при этом углубление для проводов имеет достаточный размер для расположения соединений между выводными проводами и проводами передачи данных. 8. Способ по п.7, в котором звукопередающим материалом является герметизирующий наполнитель. 9. Способ по п.8, в котором перед заполнением полости герметизируют пространство вокруг выводных проводов, а после заполнения полости на нее крепят уплотняющим образом герметизирующую крышку. 10. Способ по п.9, в котором изогнутой поверхностью является цилиндрическая поверхность и в котором корпус имеет торцевые части и принимающую поверхность, через которую в полости устанавливают гидрофонный узел. 11. Способ по п.7, в котором звукопередающим материалом является масло. плавучего наполнителя 24 между корпусами 20 гидрофонов и вокруг кабеля 16; электрического соединения гидрофона 14 в каждом корпусе гидрофона с соответственными проводами 36 передачи данных и закрывания кабеля 16, корпусов 20 гидрофонов и плавучего наполнителя 24 внутри защитного кожуха 28. В другом альтернативном варианте осуществления принимающее углубление 86 на оправах 78 и 82 удлиняют по продольной оси корпуса 20, чтобы приспособить два гидрофонных колпачка 56. Выводные провода 154 от двух гидрофонных колпачков 56 вместе располагают в общем углублении 90 зазора для проводов и канале 106 для проводов. В другом альтернативном варианте осуществления, плавучий наполнитель 24 крепят вокруг кабеля 16 механическим зажимом (не показанным). Несмотря на то, что показан и описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, в вышеприведенном раскрытии предполагаются другие модификации, изменения и замены. В соответствии с этим прилагаемая формула изобретения определяет объем защиты изобретения, охватывающий другие варианты реализации изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидрофонный модуль с профилем низкого аэродинамического сопротивления для морской сейсмической системы, содержащий провода передачи данных, причем гидрофонный модуль включает в себя корпус с внешней изогнутой поверхностью и полостью, в которой расположен гидрофонный узел с прикрепленными к нему выводными проводами, выходящими из полости, при этом полость заполнена звукопроводящим материалом, а корпус имеет углубление, расположенное вдоль его продольной оси для выводных проводов и соединений между выводными проводами и проводами передачи данных. 2. Гидрофонный модуль по п.1, содержащий перегородку из пенопласта с открытыми ячейками, закрывающую гидрофон, при этом полость вокруг выводных проводов герметизирована, звукопроводящим материалом является