專利名稱：結(jié)構(gòu)緊湊的套筒式空氣槍的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及在海洋地震探測作業(yè)中用的空氣槍。特別是，本發(fā)明介紹了一種結(jié)構(gòu)緊湊的套筒式空氣槍，它在基本不增加空氣槍重量的情況下增大了空氣槍腔膛的容積。
海洋地震探測作業(yè)都要記錄從海底和下面的一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)反射的一些聲波。這些聲波是由一些空氣槍釋放壓縮2000和6000psi壓力下的空氣所產(chǎn)生的。單個(gè)空氣槍產(chǎn)生的聲脈沖被地震探測陣列中的一些另外的空氣槍所放大，以便產(chǎn)生一些較大的聲波。這些聲波被海底和一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)層所反射并被一些記錄儀器所檢測，這些記錄儀器帶有一些用來將聲波轉(zhuǎn)變成電信號的傳感器。這些信號被記錄下來，并隨后進(jìn)行處理以便得到表面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。
慣常的空氣槍是將壓縮空氣貯存在一個(gè)套管中。壓縮空氣通過套管中一些裝有閥門的出口進(jìn)行釋放。被釋放的空氣在水中形成一個(gè)氣泡，產(chǎn)生一個(gè)聲壓脈沖。一個(gè)電操縱的螺旋線圈控制著閥門的動(dòng)作和壓縮空氣的釋放。一種空氣槍的例子發(fā)表在Harrison，Jr的美國專利第4,623,033號中，其特點(diǎn)是，空氣槍具有一些分布在空氣槍套管周圍360度的裝有閥門的出口。出口的閥門包含一個(gè)沿空氣槍的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑梭。
Harrison(1994)的美國專利第5,365,493號中描述了一種改進(jìn)了的空氣槍，當(dāng)空氣槍發(fā)射時(shí)它可加速滑梭的運(yùn)動(dòng)。在Harrison的另一篇美國專利第5,001,679則公開了另一種空氣槍結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是是采用雙滑梭運(yùn)作來從空腔中釋放這壓縮空氣。由于在空氣槍發(fā)射時(shí)它可加速壓縮空氣從空腔的釋放，因而這種雙滑梭概念可提高空氣槍和相應(yīng)聲波輸出的效率。
慣常的空氣槍在槍體和封閉槍膛末端的帽子之間加進(jìn)了一個(gè)螺紋連接件。因?yàn)檫@個(gè)螺紋連接件的體積明顯地增大了重量，因此慣常的空氣槍要減小螺紋連接件的重量就得做得相當(dāng)細(xì)，要想增大發(fā)射室的容積就得做得相當(dāng)長。由于這種相當(dāng)長的空氣槍并不能象較短的空氣槍那樣有效地釋放壓縮空氣，因而慣常的結(jié)構(gòu)就不能有效地將重量長度比增加到最大限度。
由于當(dāng)拖船通過水域時(shí)在地震探測陣列中是一些漂浮裝置支持著這些空氣槍，而且掃雷器散布漂浮裝置和空氣槍，因而空氣槍的重量是很重要的。如果空氣槍的重量增加，則為了支撐空氣槍的重量，漂浮裝置就同樣必須增加。因?yàn)檩^大的漂浮裝置經(jīng)受的阻力比那些較小的漂浮裝置經(jīng)受的阻力小，所以較大的漂浮裝置就要求較大的拖動(dòng)能量，而且還需要較大的掃雷器，以便保持空氣槍陣列展布在水中。
因此，對于改進(jìn)的套筒式空氣槍就存在一種需求，這種空氣槍在不明顯增加空氣槍重量的情況下可增大空氣槍所產(chǎn)生的聲壓。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種用來將壓縮空氣釋放到周圍環(huán)境中的空氣槍。一個(gè)管套構(gòu)成了貯存壓縮空氣的氣室，而且還構(gòu)成一個(gè)用來釋放壓縮空氣的出口。閥門可動(dòng)地與氣室相關(guān)聯(lián)，用來有選擇地打開這出口。一個(gè)致動(dòng)器有選擇地驅(qū)動(dòng)閥門打開這出口并使壓縮空氣釋放，末端的帽子封閉住管套氣室，一個(gè)定位器可拆卸地把這末端帽子連接在管套上。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可將兩個(gè)相反的空氣槍串聯(lián)連接起來，使得相應(yīng)的兩個(gè)滑梭反向移動(dòng)，以便平衡這雙空氣槍的運(yùn)作。這管套可基本上是圓筒形的，而且這管套的寬度與管套的長度大體相等，以便把縮空氣釋放在水中產(chǎn)生的聲壓增大到最大限度。
附圖簡述
圖1圖示出了采用本發(fā)明的一種空氣槍的剖面圖。
圖2圖示出了滑梭處于打開位置時(shí)空氣槍的剖面圖。
圖3圖示出了串聯(lián)連接所形成的組合空氣槍的兩個(gè)空氣槍的情況。
優(yōu)選實(shí)施例介紹本發(fā)明提供了一個(gè)改進(jìn)的套筒空氣槍，它在基本上不增加空氣槍重量的條件下增大了空氣槍氣室的容積。圖1圖示出了空氣槍10，一般來說，它包括一個(gè)管套12和滑梭14。管套12內(nèi)有一用來決定貯存壓縮空氣的內(nèi)部容積的主氣室16。在主氣室16的壁上設(shè)置有出口18，以便有選擇地控制壓縮空氣向周圍環(huán)境的釋放。
端帽20通過定位器22連接在管套12上，一個(gè)致動(dòng)器，如象電磁閥門24又與端帽20連接。壓力在2000和6000psi之間的高壓氣源(未畫出)與充氣口25相連，而且壓縮空氣流過彈力室口26流進(jìn)彈力室28。從壓縮空氣源來的空氣壓力作用在被密封件32所覆蓋著的滑梭的第一端30上，這壓力提供了一個(gè)合力，推動(dòng)滑梭14向關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)，直到面密封34與管套12的法蘭36接觸。面密封34緊貼著法蘭36，以便密封住出口18和把壓縮空氣憋在主氣室16中。
當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入彈力室28時(shí)，這壓縮空氣同時(shí)就通過充氣孔38進(jìn)入了主氣室16。由于主氣室16比彈力室28大得多，因而在主氣室16中空氣壓力累積到能阻止滑梭移動(dòng)到關(guān)閉位置之前，在彈力室28中壓縮空氣的壓力就頂壓著滑梭的端部30，滑梭就關(guān)閉著主氣室16，彈力室28和主氣室16中的空氣壓力在幾秒鐘就達(dá)到全充滿的壓力，而且這時(shí)滑梭14就保持在這關(guān)閉位置，直到空氣槍10被啟動(dòng)。
給致動(dòng)器24通電就可使空氣槍10啟動(dòng)。一個(gè)內(nèi)部提升閥(未畫出)離開它的密封位置，并使壓縮空氣流進(jìn)發(fā)射通道40。這壓縮空氣裝料流過通道40，并引導(dǎo)到與滑梭的第二端面42接觸。這壓縮空氣的裝料被第二端42的懸伸凸邊44阻擋而不能流出空氣槍10，而且因?yàn)榈诙?2的表面積大于第一端30的表面積，因而這壓縮空氣裝料還會頂壓著第二端42直到主氣室16中的壓縮空氣被釋放為止。因?yàn)榈诙说谋砻娣e比第一端的表面積大，所以作用在第二端42上的壓縮空氣的力就顯著比在彈力室中作用在第一端上的力大。這種由表面積的差異引起的力的不平衡就引發(fā)起滑梭遠(yuǎn)離法蘭36的運(yùn)動(dòng)。在這運(yùn)動(dòng)過程中，面密封34就從與法蘭36接觸處退回，以便將出口18打開，而且主氣室中16的壓縮空氣就橫流過法蘭36的面進(jìn)入周圍環(huán)境。
由充入的壓縮空氣頂壓第一端30和第二端42的兩不同表面積所產(chǎn)生的較大的力的不平衡使滑梭14加速離開法蘭36。當(dāng)額外的空氣從主氣室16流出并橫過法蘭36時(shí)，這合力繼續(xù)增大。就在滑梭14使凸邊44產(chǎn)生間隙之前，這打開閥門的力達(dá)到它的最高水平，在這時(shí)主氣室16的壓縮空氣通過環(huán)繞滑梭14的開口360度的一些出口18排放進(jìn)周圍環(huán)境。因?yàn)榛?4繼續(xù)加速，因而另外的出口18部分就會由于滑梭的運(yùn)動(dòng)而打開，這就增加了排氣出口的流通面積和增大了空氣從主氣室16的排放速度。
這迅速排放進(jìn)周圍水中的空氣流形成一個(gè)從空氣槍10加速向外的球形氣泡。因?yàn)榍蛐螝馀莸母呒铀偎俣龋瑲馀菘臻g和水的界面就產(chǎn)生一聲壓波。當(dāng)氣泡/水的界面加速時(shí)，這壓力波繼續(xù)增大，而且當(dāng)氣泡/水的界面速度已經(jīng)達(dá)到最大時(shí)，這聲壓就達(dá)到峰值。
因?yàn)闅馐?6的容積是固定的，所以空氣的排放速度隨氣泡體積的增大而減小。這種關(guān)系6限制了所能達(dá)到的最大聲壓。為了抵消這種空氣供應(yīng)減小的影響，本發(fā)明使空氣流面積具有最大的開口比率，其方法是給空氣槍設(shè)計(jì)一個(gè)較大直徑的氣室16和相應(yīng)的滑梭14。因?yàn)槌隹?8的有效面積隨氣室直徑的增大而指數(shù)地增加，與傳統(tǒng)的空氣槍相比起來，本發(fā)明所公開的大氣室16和滑梭14顯著地增大了出口18的表面積。這個(gè)結(jié)果是可實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)楸景l(fā)明顯著的減小了把端帽20連接到管套12上的傳統(tǒng)部件的重量。
當(dāng)滑梭14移動(dòng)到如圖2所示的打開位置時(shí)，滑梭14被低摩擦的磨損環(huán)46所導(dǎo)向。這些磨損環(huán)46是可替換的，而且它們還可避免滑梭14與管套12的表面接觸。
當(dāng)高壓空氣源繼續(xù)給彈力室28充氣以及當(dāng)充裝的壓縮空氣作用在滑梭14的第二端42上的壓力減小時(shí)，滑梭14就減速。在主氣室16的空氣壓力減小到打開力(主氣室16的空氣壓力與滑梭的第二端的表面積的乘積)等于關(guān)閉力(彈力室28的壓力與滑梭的第一端的表面積的乘積)的水平后，滑梭就到達(dá)了如圖2所示的打開位置。隨后，當(dāng)彈力室28中的壓力增大時(shí)，滑梭14就可返回到如圖1所示的關(guān)閉位置，而且空氣槍又為下一次發(fā)射充氣。
因?yàn)樵诘卣鹂辈熘锌墒褂枚嘀乜諝鈽?0，發(fā)射傳感器48就發(fā)信號通知每個(gè)空氣槍10進(jìn)行發(fā)射，因而這些空氣槍10的發(fā)射是可同步的。發(fā)射傳感器48包括在滑梭第一端30上的磁鐵50和附著在端帽20上的傳感器線圈52。當(dāng)滑梭14接近傳感器線圈52時(shí)，磁鐵50就產(chǎn)生一個(gè)電信號，傳遞到一個(gè)空氣槍監(jiān)視器(monitor，未畫出)來調(diào)節(jié)后來的發(fā)射脈沖，以便使空氣槍10的發(fā)射同步。
請參看圖1和圖2，定位器22一般由開口環(huán)54，定位環(huán)56和裝載圈(load ring)58組成。當(dāng)取掉開口環(huán)54時(shí)，定位環(huán)56就可被取下，以便能接觸和拆去裝載環(huán)。去掉裝載環(huán)58就能去掉端帽20，只要使端帽20沿縱向通過主氣室16的中心軸即可。這種拆除使得空氣槍10的內(nèi)部零件容易安裝使用，也便于更換磨損環(huán)46和所有的內(nèi)部密封件。這個(gè)特點(diǎn)顯著地提高了維修人員在現(xiàn)場修理和更換空氣槍內(nèi)部零件的能力。現(xiàn)場修理這樣容易是很理想的，因?yàn)樗鼫p少了維修和更換作業(yè)的時(shí)間。鍵銷60可防止帽子20相對于管套的轉(zhuǎn)動(dòng)。
如愿意，可以在主氣室16中可以插入一些氣室容積墊塊(未畫出)來改變從空氣槍10釋放的空氣的體積。如業(yè)界所知，這樣的氣室墊塊可用重量輕的材料，如塑料或鋁材來制造，以便在不顯著增加空氣槍10的重量的條件下調(diào)節(jié)主氣室的容積。定位器66方便了柱塞68的拆卸，因而氣室容積墊塊可快速的插入主氣室16和從主氣室16取出。
在如圖3所示的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可把第一槍62與相反的第二槍64連接起來，產(chǎn)生一個(gè)由兩槍構(gòu)成的空氣槍組。定位器66把第一槍62連接到第二槍64上，而柱塞68為滑梭70和72提供了一個(gè)剛性的內(nèi)部止動(dòng)器，同時(shí)還把各個(gè)空氣槍的氣室密封起來。本發(fā)明的這種構(gòu)形可用裝上兩個(gè)相反的平衡的滑梭70和72來防止反沖。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例比傳統(tǒng)的雙滑梭空氣槍更可取，因?yàn)楸景l(fā)明包含了兩個(gè)致動(dòng)器74和76，在發(fā)射信號發(fā)出后可同時(shí)發(fā)射，來代替在雙滑梭空氣槍中常?？砂l(fā)現(xiàn)的單一的致動(dòng)器。這種雙發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)顯著地減小了可能的不平衡，這不平衡是由單一致動(dòng)器通過槍體中的通路給兩個(gè)滑梭傳送信號造成的。這種雙發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)還在于可對每個(gè)滑梭提供更精確的控制。這帶來的好處對于保持彈力室與每個(gè)滑梭運(yùn)作的一致性是特別重要的。此外，本發(fā)明的這個(gè)種優(yōu)點(diǎn)允許利用一些串聯(lián)連接的空氣槍來組成一種新的空氣槍，這種新空氣槍具有與單個(gè)空氣槍不同的一些特性。這種優(yōu)點(diǎn)在地震探測陣列中布置空氣槍方面的靈活性可減少地震探測船上不必要的空氣槍和零件的儲備，并有效地增加了作業(yè)效率。
因?yàn)樯鲜隼碛杀景l(fā)明對傳統(tǒng)空氣槍作了重大的改進(jìn)。而且，本發(fā)明把滑梭的動(dòng)態(tài)密封從3個(gè)減少到1個(gè)。相對于氣室容積而言本發(fā)明提供了一種較輕的空氣槍，而且這較輕的重量又可減少連接空氣槍與水中漂浮裝置的索鏈和鉤環(huán)的磨損。
應(yīng)該知道，畫作定位器22的元件可包括許多屬于本發(fā)明范圍的結(jié)構(gòu)和具體方案。盡管在一個(gè)實(shí)施例中定位器22是作為環(huán)組合畫出的，但定位器也可是各種機(jī)械零件，如象可拆卸的銷釘，卡箍(clip)，緊固器，扣鉤，制動(dòng)彈簧以及其它的適于保持端帽20與管套12連接的機(jī)械零件。在本發(fā)明的其他一些可能的實(shí)施例中，定位器22可能是一個(gè)機(jī)械拆接件，它能快速連接在管套12上，也可快速從管套12上拆卸下來。
盡管本發(fā)明已用了某些優(yōu)選實(shí)施例作了描述，但對于業(yè)界的普通人士來說都明白，對本發(fā)明在這里提出的概念都可進(jìn)行改變和改善而并不偏離本發(fā)明的范圍。這里描述的實(shí)施例僅只是本發(fā)明概念的例證，而不應(yīng)看作是對本發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用來將壓縮空氣釋放到環(huán)境的空氣槍，它包括一個(gè)管套，它構(gòu)成一個(gè)貯存壓縮空氣的氣室，而且還構(gòu)成一個(gè)允許將壓縮空氣從氣室釋放到環(huán)境中的出口；一個(gè)閥門，可相對于上述管套移動(dòng)，以便選擇性地關(guān)閉上述出口一部分。一個(gè)致動(dòng)器，用來選擇性地移動(dòng)上述閥門，以便打開上述出口和允許壓縮空氣釋放進(jìn)環(huán)境；一個(gè)端帽，用來封閉上述管腔，以及一個(gè)定位器，用來可拆卸地將上述端帽連接到上述管套上。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于該管套基本上是圓筒形的，而且上述端帽封閉著該圓筒管套的一端。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于上述定位器基本上是一個(gè)環(huán)，用來把端帽連接在上述管套上。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于上述定位器由一個(gè)第一環(huán)和一個(gè)第二環(huán)構(gòu)成，第一環(huán)用來將上述端帽連接在上述管套上，而第二環(huán)用來防止第一環(huán)移動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于還包括一個(gè)鍵銷，用來防止上述端帽與管套之間的相對運(yùn)動(dòng)。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于還包括一個(gè)連接在上述管套上的第二管套，一個(gè)在第二管套內(nèi)的第二閥門，一個(gè)用來選擇性地使第二閥門運(yùn)動(dòng)的第二致動(dòng)器，以及一個(gè)用來可拆卸地把一個(gè)第二端帽連接在上述第二管套上的第二定位器。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于為了使上述閥門能與上述管套分離，上述端帽是做成可拆卸的。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于上述定位器是一個(gè)拆接件，以便快速地將上述端帽連接到管套上和從管套卸下來。
9.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣槍，其特征在于上述閥門基本上是一個(gè)圓筒形的滑梭。
10.一種用來將壓縮空氣釋放到環(huán)境的空氣槍，它包括一個(gè)基本上是圓筒的管套，它構(gòu)成一個(gè)貯存壓縮空氣的氣室，而且還構(gòu)成一個(gè)允許將壓縮空氣從氣室釋放到環(huán)境中的出口；一個(gè)基本上是圓筒的閥門，它可相對于上述管套移動(dòng)，以便選擇性地關(guān)閉上述出口一部分。一個(gè)致動(dòng)器，它是用來選擇性地移動(dòng)上述閥門，以便打開上述出口和關(guān)閉上述出口，打開是為了允許壓縮空氣的釋放，關(guān)閉是為了容納增加的壓縮空氣；一個(gè)基本上是圓環(huán)的端帽，用來封閉上述管腔，以及一個(gè)定位器，用來可拆卸地將上述端帽連接到上述管套上。
11.按照權(quán)利要求10所述的一種空氣槍，其特征在于它還包含一個(gè)鍵銷，用來防止上述端帽和管套之間的相對運(yùn)動(dòng)。
12.按照權(quán)利要求10所述的一種空氣槍，其特征在于上述定位器保持上述端帽與管套的密封連接。
13.按照權(quán)利要求10所述的一種空氣槍，其特征在于它還包含一個(gè)通道，用來傳遞來自上述致動(dòng)器的壓縮空氣，以便加速上述閥門的打開。
14.一種能把壓縮空氣釋放進(jìn)水中所產(chǎn)生的聲壓增加到最大限度的空氣槍，它包括一個(gè)管套，它構(gòu)成一個(gè)貯存壓縮空氣的氣室，而且還構(gòu)成一個(gè)允許將壓縮空氣從氣室釋放到環(huán)境中的出口，其特征是上述管套的寬度大體上與該管套的長度相等。一個(gè)閥門，它可相對于上述管套移動(dòng)，以便選擇性地關(guān)閉部分上述出口。一個(gè)致動(dòng)器，它是用來選擇性地移動(dòng)上述閥門，以便打開上述出口和允許壓縮空氣釋放進(jìn)環(huán)境；一個(gè)端帽，用來封閉管腔，以及一個(gè)定位器，用來可拆卸地將上述端帽連接到上述管套上。
15.按照權(quán)利要求14所述的一種空氣槍，其特征在于上述定位器基本上是一個(gè)環(huán)，用來把端帽連接在上述管套上。
16.按照權(quán)利要求14所述的一種空氣槍，其特征在于上述定位器還包括一個(gè)第一環(huán)和一個(gè)第二環(huán)，第一環(huán)用來將上述端帽連接在上述管套上，而第二環(huán)用來防止第一環(huán)相對于上述管套的運(yùn)動(dòng)。
17.按照權(quán)利要求14所述的一種空氣槍，其特征在于上述空氣槍可連接到一個(gè)反向的第二空氣槍上，以便上述的兩個(gè)空氣槍的閥門沿中心軸反向運(yùn)動(dòng)。
18.按照權(quán)利要求14所述的一種空氣槍，其特征在于上述的定位器是一個(gè)拆接件，以便快速地將上述端帽連接到管套上和從管套卸下來。
全文摘要
一種套筒空氣槍(10),用來將壓縮空氣釋放進(jìn)水中。該空氣槍管套(12)具有一個(gè)用端帽(20)封閉的氣室(16)。這端帽是用定位器(22)連接在該空氣槍管套上,這定位器的重量很輕而且能加快端帽和管套的連接和拆卸。定位器可以是一個(gè)連接端帽和管套的重量很輕的環(huán)。該定位器能獨(dú)特地把較大直徑的空氣槍連接起來而無需過分的增加空氣槍的重量。該較大直徑的空氣槍可加快壓縮空氣從空氣槍的排放,這可把在水中產(chǎn)生的聲脈沖增大到最大值。
文檔編號G01V1/02GK1179831SQ96192918
公開日1998年4月22日 申請日期1996年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月25日
發(fā)明者E·R·哈爾里森 申請人:輸入/輸出公司