CN111145708B - 一种套筒式气动发声装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种套筒式气动发声装置，采用脉冲式工作方式，且采用套筒式结构设计，能够保护电缆和气管不受到高压气体的冲击。包括：电磁阀、压盖、阀芯、活塞、底座、进气嘴、储气室、激发气室和复位气室。工作时电磁阀打开，储气室中的高压气体通过电磁阀进入激发气室中，活塞在压力差的作用下向出气口的方向移动，直至活塞完全打开；储气室中的高压气体膨胀释放到水中，形成脉冲式的声场。本发明为套筒式结构，使用时，电缆和高压气管从装置中间穿过，高压气体不会对电缆和高压气管造成较大的冲击；该气动发声装置不仅可以单独使用，还可以组成阵列使用，阵列使用时，电缆和高压气管从各装置中间穿过，将各装置串联在一起。

Description

一种套筒式气动发声装置

技术领域

本发明涉及一种气动发声装置，具体涉及一种套筒式气动发声装置，属于水下发声领域。

背景技术

水下脉冲式声源多采用高压气体在水下释放的方式产生，由于高压气体压力高，通常可达25MPa以上，在水中膨胀速度快，其发声效率高，而且能量主要集中在低频段，传播距离长，通常可用于海洋地震勘探、水声通信等领域。

若要达到声场强度，释放的高压气体压力和容积需要较大，因此从高压空压机组产生的高压气体需要首先存储在一个容器中，然后通过控制阀门打开，使存储的高压气体突然一起释放，如同将一个大的气泡突然放在水中膨胀，即可产生强的声脉冲。而存储和释放高压气体的装置在市场上有不同的结构设计。

由于单个发声装置容积有限，使用时可进行组阵，将多个装置联合起来，以不同是时序工作，可产生不同的声场，如同时工作，可加强声脉冲的强度，如先后工作，可加强声脉冲的密度。但由于装置在水下工作需要与岸上连接控制电缆和高压气管，若其暴露在高压气体的释放口位置，高压气体释放时容易对电缆和高压气管产生冲击，造成损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种套筒式气动发声装置，采用脉冲式工作方式产生脉冲式的声场；且采用套筒式结构设计，电缆和气管从结构内部穿过，能够降低压力波对电缆和气管的冲击。

所述套筒式气动发声装置包括：电磁阀、压盖、阀芯、活塞、底座、进气嘴、储气室、激发气室和复位气室；

所述底座为具有中心孔且一端设置有轴肩的环形结构；

所述阀芯同轴套装在所述底座外部，所述阀芯一端与所述底座端部平齐，另一端与所述底座上的轴肩对接固定；

所述压盖固定在所述底座与所述阀芯平齐端的端部，且所述压盖具有与所述底座的中心孔同轴的中心通孔；所述压盖提供所述电磁阀和所述进气嘴的安装位；

所述阀芯的中心孔为阶梯孔，令阶梯孔中直径较小的部分为孔A，直径较大的部分为孔B；所述孔A位于压盖所在端，并与所述底座的外圆周面贴合；所述孔B与所述底座的外圆周面之间形成环形空间A；且所述孔B所在端具有与所述孔B同轴的环形槽；

所述活塞及其活塞杆套装在所述底座外部，且所述活塞位于环形空间A内，与所述底座滑动配合；所述活塞杆中间部分的内圆周面与所述底座外圆周面之间形成的环形空腔为复位气室；所述活塞杆另一端伸出所述环形空间A后位于所述底座轴肩上对应的限位槽内；所述活塞杆内圆周面与所述底座滑动配合；所述活塞与阀芯中心孔台阶面之间的腔室为激发气室；所述活塞杆位于所述底座轴肩限位槽内的部分与所述限位槽滑动配合；所述阀芯上的环形槽、活塞及其活塞杆、底座围成的封闭的腔室作为储气室，所述储气室用于存储从高压气体；

所述阀芯内部，加工有进气道、与进气嘴连通的主进气孔以及与进气嘴连通的进气阻尼孔；所述进气道用于连通储气室和激发气室，所述电磁阀设置在该进气道上，通过所述电磁阀的打开或关闭实现进气道的打开或关闭；所述主进气孔与储气室连通，所述进气阻尼孔通过所述底座内的气孔与复位气室连通；所述底座上加工有用于将激发气室与该装置外部空间连通的泄压阻尼孔；

所述底座的轴肩上加工有出气口，通过所述活塞的移动，使所述储气室与所述出气口之间连通或封闭；

使用时，电缆和高压气管从底座的中心孔穿过，所述电缆与所述电磁阀连接，用于向所述电磁阀输入控制信号，所述高压气管与进气嘴连接，用于输送高压气体。

作为本发明的优选方式：所述底座轴肩上与所述出气口对应的位置向外延伸有向所述压盖所在端倾斜的导向块。

作为本发明的优选方式：所述底座轴肩端的限位槽内设置有密封组件，且所述密封组件位于所述出气口与所述阀芯之间的位置；

所述密封组件包括弹性〇形圈、抗冲击密封件、安装座A和安装座B；所述安装座A和安装座B轴向对接后位于所述限位槽内，且所述安装座A位于所述阀芯所在端；所述装座A和安装座B相对面均设置有凹槽，分别用于安装所述弹性〇形圈和抗冲击密封件，所述安装座B与活塞杆位于该限位槽内的端部配合，用于对所述活塞及其活塞杆向所述阀芯所在端移动限位。

作为本发明的优选方式：所述压盖上焊接有吊环，所述阀芯和所述底座的轴肩之间通过卡箍卡紧，所述卡箍上焊接有吊环；在水下使用时，所述吊环提供该装置吊装的吊点。

作为本发明的优选方式：所述电磁阀位于阀芯上电磁阀安装槽内部分的外圆周分别套装有防水〇形圈和密封圈A，所述防水〇形圈将电磁阀与外界水隔离开，所述密封圈A用于防止储气室中的高压气体进入激发气室；

所述活塞的外圆周安装密封圈C；

所述进气嘴位于阀芯上进气嘴安装槽内部分的外圆周套装有密封圈B。

作为本发明的优选方式：将两个以上所述套筒式气动发声装置组成阵列使用，形成阵列时，所述电缆和高压气管依次从各装置中间穿过，将阵列中所有的气动发声装置串联在一起。

有益效果：

(1)本发明采用脉冲式工作方式，将内部高压气体快速释放入水中，在高压气体的膨胀作用下，突然形成压力波，从而产生脉冲式的声场；采用套筒式结构，在水中拖曳时，电缆和气管从结构内部穿过，保护了电缆和气管不受到高压气体的冲击，提高电缆和高压气管的使用可靠性，便于拖曳和使用操作。

(2)通过对出气口导向，改变气流方向，能够减小对装置的冲击力，避免气流对装置后端有作用力。

(3)该气动发声装置不仅可以单独使用，还可以组成阵列使用。

附图说明

图1为本发明套筒式气动发声装置的整体结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本发明活塞打开状态示意图；

图4为本发明的阵列式使用示意图。

其中：1-电磁阀、2-吊环、3-压盖、4-防水〇形圈、5-密封圈A、6-阀芯、7-活塞、8-卡箍、9-底座、10-弹性〇形圈、11-抗冲击密封件、12-铜座、13-螺钉、14-进气嘴、15-密封圈B、16-密封圈C、17-储气室、18-激发气室、19-出气口、20-主进气孔、21-进气阻尼孔、22-复位气室、23-电缆、24-高压气管、25-浮体、26-卡圈、27-钢丝绳、28-泄气阻尼孔

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种套筒式气动发声装置，将压缩气体存储在装置内部，通过控制电磁阀的开关，实现活塞的运动，将内部存储的高压气体释放至水中，在高压气体的膨胀作用下，突然形成压力波，从而产生脉冲式的声场；且该装置采用套筒式结构设计，在水中拖曳时，电缆和气管从装置内部穿过，可降低压力波对电缆和气管的冲击。

如图1所示，该套筒式气动发声装置包括：电磁阀1、压盖3、底座9、阀芯6、活塞7、进气嘴14、储气室17、激发气室18和复位气室22。其中电磁阀1是一种电磁式常闭开关阀，按照规定时序对电磁阀1的开启和关闭进行控制。

底座9为具有中心孔且一端设置有轴肩的环形结构；阀芯6同轴套装在底座9外部，阀芯6一端与所述底座9端部平齐，另一端与底座9上的轴肩对接后通过卡箍8卡紧。阀芯6上设计有不同的开孔，分别与活塞7和底座9之间相互配合形成三个不同的气室，结构加工精度要求较高。

压盖3通过螺钉13固定在底座9与阀芯6平齐端的端部，且压盖3具有与底座9的中心孔同轴的中心通孔，用于使电缆23和高压气管24从该装置内部穿过。压盖3和卡箍8上焊接有吊环2，在水下使用时，吊环2提供吊装的吊点。压盖3端面上加工有电磁阀1和进气嘴14的安装孔，阀芯6上与电磁阀安装孔和进气嘴安装孔对应的位置分别设置有电磁阀安装槽和进气嘴安装槽；电磁阀1和进气嘴14安装在压盖3在对应的安装孔内，并分别伸入阀芯6上对应的安装槽内。

阀芯6与活塞7、底座9配合形成不同气室的方式为：

为描述方便，令压盖3所在端为该装置左端，底座9轴肩所在端为该装置右端。

阀芯6的中心孔为阶梯孔，令阶梯孔中直径较小的部分为孔A，直径较大的部分为孔B；且孔A位于孔B的左端；阀芯6孔B所在端具有与孔B同轴的环形槽。阀芯6的孔A与底座9的外圆周面紧密贴合，孔B与底座9的外圆周面之间形成一端开口的环形空间A。

活塞7及其活塞杆套装在底座9外部，且活塞7位于环形空间A内，与底座9滑动配合，能够沿底座9的轴向移动；活塞杆中间部分的内圆周面与底座9外圆周面之间有间隙，形成的环形空腔作为复位气室22，复位气室22主要用于活塞7的复位；活塞杆右端与底座9滑动配合，能够沿底座9的轴向移动。活塞7将环形空间A分为两个空间，其中活塞7与阀芯6中心孔台阶面之间形成激发气室18，用于控制活塞7激发(即推动活塞7向右移动)。底座9的轴肩的左端面上加工有限位槽，活塞杆右端端部为外径逐渐增大的喇叭状，且该端外径最大部分与底座9限位槽滑动配合，通过限位槽对活塞7及其活塞杆进行右限位；阀芯6上的环形槽、活塞7及其活塞杆、底座9围成封闭腔体为储气室17，储气室17用于存储从高压空压机组输入的高压空气。

在阀芯6内部，加工有进气道、与进气嘴14连通的主进气孔20以及与进气嘴14连通的进气阻尼孔21(进气阻尼孔21的孔径小于主进气孔20的孔径)；其中进气道用于连通储气室17和激发气室18，电磁阀1设置在该进气道上，通过电磁阀1的打开或关闭实现进气道的打开或关闭；主进气孔20与储气室17连通，进气阻尼孔21与中心套筒内加工的与复位气室22连通的气孔连通。底座9内加工有用于将激发气室18与该装置外部连通的泄压阻尼孔28(本方案中泄压阻尼孔28通过底座9的中心孔与该装置外部连通)。进气嘴14与高压气管24相连，从进气嘴14流入的高压气体一部分通过主进气孔20进入储气室17中，一部分通过进气阻尼孔21进入复位气室22中，保证在非激发状态下，活塞7处于复位状态。

底座9的轴肩上加工有与储气室17连通出气口19，出气口19为储气室17内部高压气体的释放口；当活塞7处于打开状态时，储气室17内部的高压气体从出气口19释放。底座9轴肩的外圆周面上与出气口19对应的位置向外延伸有向左倾斜的导向块，用于对出气口19的气流进行导向，通过导向，改变出气口气流方向，减小对装置的冲击力，避免气流对装置后端有作用力。

为保证该装置的防水性和密封性，电磁阀1位于阀芯6上电磁阀安装槽内部分的外圆周套装有防水〇形圈4和密封圈A5，其中防水〇形圈4用于将电磁阀1与外界水隔离开，防止电磁阀1中的高压气体泄漏和外界水进入电磁阀1；密封圈A5用于防止阀芯6中的高压气体进入激发气室18。在活塞7的外圆周安装密封圈C16，在进气嘴14位于阀芯6上进气嘴安装槽内部分的外圆周套装有密封圈B15，密封圈B15防止进气嘴14接口处的高压气体泄漏。

如图2所示，在底座9轴肩端的限位槽内设置有有由弹性〇形圈10、抗冲击密封件11和铜座12形成的组合密封组件，且组合密封组件位于出气口19的左侧；具体的：限位槽内同轴安装有弹性〇形圈安装座和铜座12(铜座12为抗冲击密封件11安装座)；且弹性〇形圈安装座和铜座12相对面设置有凹槽，分别用于安装弹性〇形圈10和抗冲击密封件11，且弹性〇形圈10位于在抗冲击密封件11的左边，铜座12右端面与活塞杆端部的喇叭状结构配合，用于活塞7及其活塞杆移动的左限位。弹性〇形圈10主要作用是为活塞7的径向密封提供一定的位移，其材料采用邵A85度作用的聚氨酯〇形圈即可；由于活塞7在复位的时候，冲击力较大，因此抗冲击密封件11在保证与活塞7复位后能够实现密封的情况下，还能够承受活塞7的冲击力，因此其材料选用抗冲击能力强、吸水性差的工程塑料制作；铜座12用于为抗冲击密封件11提供安装座，由于活塞7冲击力大，为避免与铜座12发生接触损伤活塞7，铜座12采用硬度较软的铜材料制作。

该气动发声装置的工作原理为：

工作前，活塞7位于环形空间A的最左端，如图1所示位置，储气室17和复位气室22中高压气体的作用力使活塞杆紧密挤压抗冲击密封件11，活塞7处于关闭状态(即活塞关闭储气室17)；当电磁阀1打开后，储气室17中的高压气体通过电磁阀1进入激发气室18中，由于活塞7朝向激发气室18一端的面积大，当活塞7在激发气室18中受到的力大于储气室17和复位气室22中高压气体施加在活塞7上的作用力时，活塞7会向右移动，直至活塞7与底座9限位槽槽底接触，活塞7停止运动，此时活塞7完全打开(即储气室17与出气口19连通)，关闭电磁阀1，如图2所示。储气室17中的高压气体膨胀从出气口19释放到水中，形成脉冲式压力波，从而产生脉冲式的声场；而当储气室17中的高压气体释放后，其内部压力降低，激发气室18的体积增大，根据热力学定律，其内部压力急剧减小，而复位气室22的气体积室急剧减小，压力增大，从而推动活塞7向左运动(即实现活塞7的复位)，使活塞7关闭(即储气室17与出气口19不连通)，又回到如图1的状态，此时，激发气室18中的高压气体经过泄气阻尼孔28排放到水中，该过程完成一次激发，产生一次脉冲声场。

如图4所示，该气动发声装置在使用时，电缆23和高压气管24从装置中间穿过(即从底座9的中心孔穿过)；其中电缆23与电磁阀1连接，将控制器中的控制信号输入给电磁阀1，控制其开关动作；高压气管24与进气嘴14连接，用于将高压空压机组的高压气体输送到本装置中。由于高压气体在释放过程中，对周围的水和设备有较大的冲击力，若电缆23和高压气管24从外部走线，高压气体不仅会冲击电缆23和高压气管24，造成拉扯，同时在接头处和固定的地方长时间工作会造成磨损，而本装置中电缆23和高压气管24从内部走线，储气室17中的高压气体从出气口19出来后，会向外部膨胀，同时在水中浮力的作用下，向水面运动，高压气体不会对电缆23和高压气管24造成较大的冲击，保护了电缆23和高压气管24，提高了该气动发声装置使用的可靠性。

该气动发声装置不仅可以单独使用，还可以组成阵列使用，使用方式是，将多个气动发声装置吊放在浮体25上，浮体25主要为本装置在水下工作时，提供支持浮力，保证本装置悬浮在水中工作。具体为：在浮体25上设置有具由吊环的卡圈26，钢丝绳27连接卡圈26上的吊环和该气动发声装置压盖3和卡箍8上设置的吊环。电缆23和高压气管24从各装置中间穿过，将阵列中所有的气动发声装置串联在一起。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种套筒式气动发声装置，其特征在于，包括：电磁阀(1)、压盖(3)、阀芯(6)、活塞(7)、底座(9)、进气嘴(14)、储气室(17)、激发气室(18)和复位气室(22)；

所述底座(9)为具有中心孔且一端设置有轴肩的环形结构；

所述阀芯(6)同轴套装在所述底座(9)外部，所述阀芯(6)一端与所述底座(9)端部平齐，另一端与所述底座(9)上的轴肩对接固定；

所述压盖(3)固定在所述底座(9)与所述阀芯(6)平齐端的端部，且所述压盖(3)具有与所述底座(9)的中心孔同轴的中心通孔；所述压盖(3)提供所述电磁阀(1)和所述进气嘴(14)的安装位；

所述阀芯(6)的中心孔为阶梯孔，令阶梯孔中直径较小的部分为孔A，直径较大的部分为孔B；所述孔A位于压盖(3)所在端，并与所述底座(9)的外圆周面贴合；所述孔B与所述底座(9)的外圆周面之间形成环形空间A；且所述孔B所在端具有与所述孔B同轴的环形槽；

所述活塞(7)及其活塞杆套装在所述底座(9)外部，且所述活塞(7)位于环形空间A内，与所述底座(9)滑动配合；所述活塞杆中间部分的内圆周面与所述底座(9)外圆周面之间形成的环形空腔为复位气室(22)；所述活塞杆另一端伸出所述环形空间A后位于所述底座(9)轴肩上对应的限位槽内；所述活塞杆内圆周面与所述底座(9)滑动配合；所述活塞(7)与阀芯(6)中心孔台阶面之间的腔室为激发气室(18)；所述活塞杆位于所述底座(9)轴肩限位槽内的部分与所述限位槽滑动配合；所述阀芯(6)上的环形槽、活塞(7)及其活塞杆、底座(9)围成的封闭的腔室作为储气室(17)，所述储气室(17)用于存储高压气体；

所述阀芯(6)内部，加工有进气道、与进气嘴(14)连通的主进气孔(20)以及与进气嘴(14)连通的进气阻尼孔(21)；所述进气道用于连通储气室(17)和激发气室(18)，所述电磁阀(1)设置在该进气道上，通过所述电磁阀(1)的打开或关闭实现进气道的打开或关闭；所述主进气孔(20)与储气室(17)连通，所述进气阻尼孔(21)通过所述底座(9)内的气孔与复位气室(22)连通；所述底座(9)上加工有用于将激发气室(18)与该装置外部空间连通的泄压阻尼孔(28)；

所述底座(9)的轴肩上加工有出气口(19)，通过所述活塞(7)的移动，使所述储气室(17)与所述出气口(19)之间连通或封闭；

使用时，电缆(23)和高压气管(24)从底座(9)的中心孔穿过，所述电缆(23)与所述电磁阀(1)连接，用于向所述电磁阀(1)输入控制信号，所述高压气管(24)与进气嘴(14)连接，用于输送高压气体。

2.如权利要求1所述的套筒式气动发声装置，其特征在于：所述底座(9)轴肩上与所述出气口(19)对应的位置向外延伸有向所述压盖(3)所在端倾斜的导向块。

3.如权利要求1所述的套筒式气动发声装置，其特征在于：所述底座(9)轴肩端的限位槽内设置有密封组件，且所述密封组件位于所述出气口(19)与所述阀芯(6)之间的位置；

所述密封组件包括弹性〇形圈(10)、抗冲击密封件(11)、安装座A和安装座B；所述安装座A和安装座B轴向对接后位于所述限位槽内，且所述安装座A位于所述阀芯(6)所在端；所述装座A和安装座B相对面均设置有凹槽，分别用于安装所述弹性〇形圈(10)和抗冲击密封件(11)，所述安装座B与活塞杆位于该限位槽内的端部配合，用于对所述活塞(7)及其活塞杆向所述阀芯(6)所在端移动限位。

4.如权利要求1所述的套筒式气动发声装置，其特征在于：所述压盖(3)上焊接有吊环(2)，所述阀芯(6)和所述底座(9)的轴肩之间通过卡箍(8)卡紧，所述卡箍(8)上焊接有吊环；在水下使用时，所述吊环提供该装置吊装的吊点。

5.如权利要求1所述的套筒式气动发声装置，其特征在于：所述电磁阀(1)位于阀芯(6)上电磁阀安装槽内部分的外圆周分别套装有防水〇形圈(4)和密封圈A(5)，所述防水〇形圈(4)将电磁阀(1)与外界水隔离开，所述密封圈A(5)用于防止储气室(17)中的高压气体进入激发气室(18)；

所述活塞(7)的外圆周安装密封圈C(16)；

所述进气嘴(14)位于阀芯(6)上进气嘴安装槽内部分的外圆周套装有密封圈B(15)。

6.如权利要求1-5任一项所述的套筒式气动发声装置，其特征在于：将两个以上所述套筒式气动发声装置组成阵列使用，形成阵列时，所述电缆(23)和高压气管(24)依次从各装置中间穿过，将阵列中所有的气动发声装置串联在一起。

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