NO300826B1 - Luftkanon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en luftkanon som reagerer på en tilførsel av trykkluft, omfattende et hus som avgrenser et kammer og en utslippsport gjennom hvilken kammeret kan kommuniseres med omgivelsen som omgir luftkanonen, en første ventilinnretning bevegelig anordnet i forhold til huset for minst delvis å stenge utsiippsporten i en første, lukket stilling og for å åpne utslippsporten i en andre, åpen stilling.

En luftkanon av denne type er kjent fra norsk patent nr. 165004 .

Ved marine seismiske undersøkelser, frigjøres en kilde av akustisk energi i vannet hvert 5. sekund for å frembringe passende akustiske bølger som brer seg fra kilden ned i jordens overflate. Disse akustiske bølger, når de treffer havbunnen og geologiske formasjoner under havbunnen, reflekteres tilbake til registreringsinstrumenter som har transduktorer som omdanner disse bølger til elektriske signaler som deretter registreres. Analyser av disse elektroniske signaler gir innsikt i strukturen eller oppbygningen av de underjordiske geologiske formasjoner.

Det har vært mange anordninger benyttet for generering av disse seismiske eller akustiske bølger. I den senere tid, har imidlertid en hovedandel av de marine seismiske energikilder vært luftkanonen. (Betegnelsen "luftkanon" er ment å omfavne et apparat for å spre ethvert egnet, kompressibelt fluid slik som luft, damp, nitrogen, karbondioksyd, gassformige forbrenningsprodukter osv.). Disse luftkanoner er i stand til å frigjøre høytrykksluft i størrelsesorden 13,79 MPa til 41,37 MPa i vann for å skape de ønskede akustiske bølger.

Den akustiske puls generert av en luftkanon er proporsjonal med boblehastigheten dannet av luften som unnslipper fra luftkanonen. Når luften utgår fra kanonportene, dannes en boble. Denne boble akselererer utad som genererer den akustiske trykkpuls som skaper den seismiske bølge. Så lenge som luftboblen/vanngrenseflaten er akselererende, er den akustiske pulsamplitude økende. Når den maksimale boblehas-tighet er nådd, så oppnås den maksimale akustiske puls.

Konvensjonelle luftkanoner innbefatter vanligvis et ringformet hus med et kammer hvori trykkluft er oppbevart, og utslippsporter som tillater unnslippelse av den oppbevarte luft fra huset. Den eneste bevegelige komponent i luftkanonen, bortsett fra en solenoid utløseranordning, er en skyttelventil som, når den beveges, tillater luft å slippe ut fra avfyringskammeret gjennom utslippsporter i hovedhuset og inn i det omgivende vann. Kanonene innbefatter også en konstant trykkluftkilde som går gjennom en innløpskanal i huset som fører trykkluften til oppbevaringskammeret og som entrer et styrekammer for å presse skyttelen til en lukket stilling over utslippsportene i huset. En solenoidventil benyttes for å tillate luft å strømme inn i et avfyringskammer motsatt styrekammeret som har en skyttel-lagerflate av større overflateareal enn lagerflaten i styrekammeret. Dette skaper ulikt trykk på skyttelen, som presser skyttelen i en åpen stilling og avdekker utslippsportene og tillater trykkluften å unnslippe til det omgivende vann. Når skyttelen er i en preavfyrende eller lukket stilling, lades luftkanonen og gjøres klar for avfyring. Når avfyret, ved aktivisering av solenoiden, unnslipper trykkluften til vannet.

En bestemt luftkanon av denne type er omtalt i U.S. patent nr. 4,472,794 til Chelminski. Denne luftkanon innbefatter et hus og et hovedkammer i huset og en bevegbar skyttelstyring tilpasset for bevegelse frem og tilbake langs et ringformet kammer i huset mellom en første stilling som dekker utslippsportene i hovedkammeret, og en andre stilling sideveis forskjøvet fra utslippsportene for å la luft unnslippe fra hovedkammeret.

En konstant trykkluftkilde leverer til luftkanonen som først virker til å presse skyttelen inn i den første stilling som blokkerer luftutgangen gjennom utslippsportene. Dette fås til med trykkluft som virker mot et avdekket, øvre endeflateareal av skyttelen i det ringformede kammer. Den samme trykkluftkilde leverer også trykkluft til et hovedkammer og bygger opp trykket til et forutbestemt nivå. En solenoid som styrer trykkluftstrømmen aktiviseres som deretter bevirker at trykkluften ligger an mot en overflate på en eksponert nedre ende av skyttelen og skaper en trykkforskjell som bevirker at skyttelen veksler, som avdekker utslippsportene. Når skyttelen begynner å veksle, er skyttelens hele nedre endeflateareal eksponert for trykkluften i hovedkammeret. Dette frembringer en høy åpnende akselerasjonskraft, som hurtig forflytter skyttelen til fullstendig å avdekke eller eksponere utslippsportene.

I Chelminski's luftkanon, er imidlertid utslippsarealet mye mindre enn den 300° periferi av huset. I tillegg, fordi trykkluften i oppbevaringskammeret fyller et volum som er likt med hele rommet i oppbevaringskammeret, er den totale midlere banelengde for trykkgassen ved utgang fra avfyringskammeret gjennom utslippsportene større enn hva som ville være ønsket. Videre, når skyttelen frigjøres, er det ingen ytterligere styring av skyttelen. Skyttelen kan returnere til sin preavfyr ingstilstand kun i kraft av at luften i avfyringskammeret faller til samme forutbestemt nivå.

Oppfinneren til den foreliggende oppfinnelse løste mange av problemene tilknyttet Chelminski's oppfinnelse og andre kjente løsninger i hans U.S. patent nr. 4,623,033. Luftkanonen ifølge den oppfinnelsen innbefatter et ringformet hus med et hovedkammer for oppbevaring av trykkluft der hovedkammeret åpner 360° rundt omkretsen av huset, som omgir en senterstolpe-seksjon av legemet. En utvendig skyttel av hylsetypen omgir legemet og er bevegbart mellom en første stilling som dekker en 360° åpning i en preavfyringsstilling og en andre

stilling som avdekker en 360° åpning i en avfyrt stilling.

Den enkeltstående skyttel holdes i den preavfyrte eller første stilling med trykk fra en trykkluftkilde som virker mot en lagerflate på skyttelen i et styrekammer dannet i legemet. Denne trykkluftkilde leverer også luften for hovedkammeret. Skyttelen presses inn i den andre eller avfyrte stilling med en solenoid aktivisert av et elektrisk signal som bevirker at trykkluft strømmer inn i et av-fyr ingskammer . Resultantkraften i avfyringskammeret blir større enn holdekraften i styrekammeret, som derved bevirker at skyttelen brått glir langs den utvendige flate av huset som brått og kontinuerlig åpner den 360" porten i primærkam-meret. Trykkluft fra hovedkammeret frigjøres således brått ut i det omgivende vann.

Når solenoiden deaktiviseres, ved å fjerne det elektriske signal, kan skyttelen bevege seg tilbake til den preavfyrende eller første stilling under påvirkning av trykket fra styrekammeret, hvilket trykk leveres av den kontinuerlige trykklufttilførsel som mater både styrekammeret og hovedkammeret. På denne måte er bevegelsen til skyttelen fullstendig styrt av solenoiden.

En begrensning ved ytelsen til konvensjonelle luftkanoner antas å være hastigheten ved hvilken strømningsarealet for den unnslippede luft kan økes. I konvensjonelle luftkanoner,

som beskrevet tidligere her, er graden av strømningsareal-økning begrenset av den mindre portstørrelse og hastigheten som luftkanon-skyttelen kan bevege seg. Følgelig tilveiebrin-

ger den foreliggende oppfinnelse en ny metode og anordning som benytter multiple skytteler for å optimalisere åpnings-hastigheten for strømningsarealet for derved å optimalisere luftens utslippshastighet.

Den foreliggende oppfinnelse sørger for maksimal boblehas-tighet ved å tillate et maksimalt utslipp av oppbevart trykkluft fra et hovedkammer til det omgivende vann. Dette hurtige utslipp gjøres mulig ved tillegget av en andre bevegbar skyttelhylse som benyttes for hurtigere å avdekke den 360° ringformede port når luftkanonen avfyres. Den utvendige hylses drift tillater det 360° utslipp-strømnings-areal å øke når hylsene beveger seg fra hverandre som reaksjon på lufttrykksforskjellene som virker på motsatte flater av skyttelene. Luftens utslipps-strømningsareal er kun begrenset av den kombinerte slagavstand for de to skytteler. Denne kombinerte virkning frembringer et svært stort akustisk utgangssignal. Denne andre ventil mer enn fordobler øknings-hastigheten i strømningsareal sammenlignet med konvensjonelle luftkanoner.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det til-veiebragt en luftkanon av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved en andre ventilinnretning bevegelig anordnet i forhold til huset for minst delvis å stenge utløpsporten i en første, lukket stilling, og for å åpne utslippsporten i en andre,åpen stilling, og innretninger for selektivt å aktivisere luftkanonen til å bevege den første og andre ventilinnretning fra deres respektive første stillinger til deres respektive andre stillinger.

I denne spesielt foretrukne utførelsen innbefatter luftkanonen et første styrekammer dannet i et rom mellom kanonhuset, den indre overflate av den første hylseskyttel og en innad stikkende leppe eller kant på den første hylseskyttel. Trykkluft presser mot det avdekkede overflateareal av kanten som presser skyttelen bort fra luftkilden. Luft leveres til dette første styrekammer med en felles trykkluftkilde som leverer både til dette første styrekammer og hovedkammeret med lagret trykkluft. Et andre styrekammer dannes i et rom mellom kanonhuset, den indre overflate av den andre hylseskyttel og en innad stikkende kant på den andre hylseskyttel. Trykkluft fra hovedkammeret entrer dette styrekammer og presser mot det frie overflateareal av kanten som tenderer til å presse den andre hylseskyttel til venstre for å komme i tett nærhet til overflaten av den første hylseskyttel.

Under drift av denne spesielt foretrukne utførelse, når en solenoid aktiviseres med et elektrisk signal, tillates trykkluft å strømme inn i et avfyringskammer dannet mellom selve huset og et motsatt, fritt overflateareal av kanten i den første hylseskyttel; denne overflate er større enn kantoverflaten i styrekammeret hos den første hylseskyttel. Trykkene som virker mot den første hylseskyttel i både styrekammeret og avfyringskammeret skaper en resultantkraft i avfyringskammeret som er større enn holdekraften av styrekammeret, som derved bevirker at den første hylseskyttel brått glir langs den utvendige overflate av huset for å påbegynne åpning av den 360° port i hovedkammeret. Så snart som overflaten av den første hylseskyttel er adskilt fra fluktende kontakt med kammersidens tetning, tillates trykkluft fra hovedkammeret å virke på sidene av både den første og andre hylseskyttel som bevirker disse til hurtig å gli i motsatte retninger og bort fra utslippsportene. Denne doble skyttelbevegelse åpner hurtigere utslipps-strømnings-arealet og tillater en hurtigere unnslippelse av trykkluft fra hovedkammeret.

Den sentrale bærekonstruksjon nødvendig for den 360° port presser trykkluften i hovedkammeret nærmere inntil den 360° port som gir en svært redusert midlere banelengde for trykkluften, som ytterligere hjelper til et hurtigere utslipp. Figur 1 viser en luftkanon i form av en seismisk energikilde i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, avbildet i vertikalt snitt. Figur 2 viser skjematisk luftkanonen ifølge fig. 1 sett langs linjen 2-2 i fig. 1. Det vises nå til fig. 1 der en luftkanon 10 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er avbildet. Luftkanonen 10 innbefatter et hus 12 som samvirkende definerer et hovedsakelig ringformet hovedkammer 14 rundt en senterstolpe-dor 16. En første hylseskyttel 18 er konsentrisk til huset 12 og innbefatter en innad stikkende leppe eller kant 20 som forløper fra omlag midtpartiet av den første hylseskyttel 18 mot senterstolpe-doren 16. Et endelokk 15 er gjengeforbundet til senterstolpe-doren 16, og danner en forlengelse av doren 16. Den første hylseskyttel 18 har en skyttelside eller skyttelflate 22 i en første ende, nær en første ende av huset 12. En andre ringformet skyttel 24 er anordnet og omslutter huset 12. Den andre skyttel innbefatter en leppe eller kant 26 som forløper fra en skyttelflate 28 og overlapper flaten 22 på skyttelen 18. Huset 12 og doren 16 definerer en 360° port 27 som det er mulig å åpne som kommuniserer kammeret 14 med utsiden av luftkanonen 10. Flaten 22 på skyttelen 18 lukker porten 27 når luftkanonen 10 er i en preavfyrende stilling.

Et ringformet styrekammer 30 er dannet mellom huset 12 og skyttelen 18, avgrenset også av kanten 20. Et avfyringskammer 32 er dannet på den motsatte side av kanten 20 mellom skyttelen 18 og legemet eller huset 12. En ventilering 38 i skyttelen 18 sørger for ventilering av avfyringskammeret 32. Et andre styrekammer 4 0 er dannet mellom skyttelen 24 og huset 12 avgrenset også av kanten 26 på skyttelen 24. En port 42 kommuniserer det andre styrekammer 40 med hovedkammeret 14 for å tilveiebringe en trykkluftkilde som virker mot en flate på skyttelen 24. Tetninger 47, 48 og 49 er hensiktsmessig plassert for å tette mellom skyttelen 18 og doren 16 for å definere kammerene 30 og 32. Likeledes er tetninger 50 og 51 hensiktsmessig anordnet mellom den andre skyttel 24 og huset 12 for tettende å avgrense kammeret 40. Tetningene 47, 48, 49, 50 og 51 kan være av konvensjonelle typer som kjent innenfor teknikken.

Solenoiden 52 er vist festet til endelokket 15. Endelokket 15 innbefatter et luftinnløp 54 som kommuniserer med en første luftkanal 56. Luftkanalen 56 er forbundet til styrekammeret 30 gjennom en kanal 64 (vist med stiplede linjer), og til hovedkammeret 14 gjennom kanalen 68 (også vist med stiplede linjer).

I drift funksjonerer luftkanonen 10 som følger: trykksatt luft entrer luftkanonen 10 gjennom et innløp 54 og går gjennom kanalen 56 både til styrekammeret 30 og hovedkammeret 14. Trykket i styrekammeret 30 virker mot den frie overflate dannet av kanten 20 i skyttelen 18 og presser skyttelen 18 til å bevege seg inntil dens flate sikkert kontakter hovedtetningen 70 i huset 12, og beveger skyttelen 18 til høyre som vist i fig. 1. Etterhvert som lufttrykket i hovedkammeret 14 øker, strømmer luft inn i styrekammeret 40 gjennom åpningen 42 og virker på den frie flate av kanten 46 på skyttelen 24. Dette trykk presser skyttelen 24 sikkert mot skulderen 100, og nær inntil den tilstøtende flate på skyttelen 18 (dvs. beveger skyttelen 24 mot venstre som avbildet i fig. 1). Når hovedkammeret 14 er fullstendig trykksatt, er luftkanonen 10 klar for avfyring.

Luftkanonen 10 avfyres ved å påføre en elektrisk strøm til solenoidventilen 52 for å aktivisere ventilen og tillate luften å strømme inn i aktiviseringskanalen 60 og inn i avfyringskammeret 32. Dette trykk virker på skyttelen 18 som gir en kraft som presser skyttelen 18 mot fjærkraften i kammeret 30. Fordi flaten 34 på skyttelen 18 er større enn den frie overflate av kanten 20 i styrekammeret 30, skapes et spenn som bevirker skyttelen 18 til å bevege seg i en åpnende retning (til ventre som vist i fig. 1). Etterhvert som skyttelen 18 beveger seg bort fra f latetetningen 70 på huselementet 12, strømmer hovedkammerluften utad inn i hulrommet dannet mellom skyttelen 18 og den overlappende kant 26 på skyttelen 24. Denne høytrykksluft fra hovedkammeret 14 virker mot flaten 22 på skyttelen 18 og flaten 28 på skyttelen 24 som presser de to skytteler til å bevege seg hurtig bort fra hverandre. Denne åpnende kraft fortsetter inntil den utvendige diameter av skyttelen 18 går klar av kanten 26 på skyttelen 24 ved hvilket tidspunkt hovedkammer luften begynner å slippe ut i det omgivende vann gjennom den 360" port åpnet av bevegelsene til de to skytteler.

Dersom solenoiden 52 holdes aktivisert, så forblir det høye trykk tilstede i kanalen 60. Med skyttelen 18 beveget mot venstre, tenderer avfyringskammeret 32 å slippe luft ut gjennom ventileringen 38. Skyttelen 18 tenderer da til å bevege seg mot høyre p.g.a. trykket i styrekammeret 30, men beveges umiddelbart tilbake mot venstre av trykket i avfyringskammeret 32. Dette medfører en oscillerende bevegelse inntil solenoiden 52 deaktiviseres. Når solenoiden 52 er deaktivisert, fjernes trykket i kanalen 60 og fjærkraften i kammeret 30 beveger skyttelen 18 mot høyre, tilbake til preavfyringsstillingen som beskrevet ovenfor. Når flaten 22 på skyttelen 18 kommer i kontakt igjen med flatetetningen 70, bevirker trykkluft fra kanalen 60 som entrer hovedkammeret 14, trykkoppbygning i hovedkammeret, og også til å entre styrekammeret 40, for derved å bevege skyttelen 24 sikkert mot skulderen 100. Kanten 26 på skyttelen 24 overlapper da flaten 22 på skyttelen 18 som fullender preavfyringsorien-teringen hos dobbeltskyttel-luftkanonen.

Claims (12)

1. Luftkanon (10) som reagerer på en tilførsel av trykkluft, omfattende et hus (12) som avgrenser et kammer (14) og en utslippsport (27) gjennom hvilken kammeret (14) kan kommuniseres med omgivelsen som omgir luftkanonen (10) en første ventilinnretning bevegelig anordnet i forhold til huset (12) for minst delvis å stenge utslippsporten (27) i en første, lukket stilling og for å åpne utslippsporten i en andre, åpen stilling; karakterisert ved en andre ventilinnretning bevegelig anordnet i forhold til huset (12) for minst delvis å stenge utløpsporten (27) i en første, lukket stilling, og for å åpne utslippsporten i en andre, åpen stilling, og innretninger for selektivt å aktivisere luftkanonen (10) til å bevege den første og andre ventilinnretning fra deres respektive første stillinger til deres respektive andre stillinger.

2. Luftkanon ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter innretninger for valgvis å aktivisere luftkanonen for å bevege første og andre ventilinnretning fra deres respektive andre stillinger til deres respektive første stillinger.

3. Luftkanon ifølge krav 2, karakterisert ved at den første ventilinnretning omfatter en første skyttel (18) anordnet hovedsakelig koaksiellt i huset (12), og er glidbar mellom den første og andre stilling.

4. Luftkanon ifølge krav 3, karakterisert ved at den andre ventilinnretning omfatter en andre skyttel (24) anordnet hovedsakelig koaksielt i huset (12), og er glidbar mellom den første og andre stilling.

5 . Luftkanon ifølge krav 2, karakterisert ved at den første ventilinnretning er en første skyttel glidbart anordnet rundt huset, den første skyttel er bevegbar mellom en første stilling som i det minste delvis dekker utslippsporten, og en andre stilling som stort sett avdekker utslippsporten, den første skyttel og huset danner et første styrekammer og et avfyringskammer; og at den andre ventilinnretning er en andre skyttel glidbart anordnet rundt huset, den andre skyttel er bevegelig mellom en første stilling som i det minste delvis dekker utslippsporten, og en andre stilling som stort sett avdekker utslippsporten, den andre skyttel og huset danner et andre styrekammer.

6. Luftkanon ifølge krav 5, karakterisert ved at innretningen for valgvis å aktivisere luftkanonen omfatter innretninger for å levere trykkluft til det primære kammer i huset, til det første styrekammer og til det andre styrekammer .

7. Luftkanon ifølge krav 5, karakterisert ved at en av den første og andre skyttel innbefatter en leppe eller kant (20) som samvirker med den andre av skyttelene for å tillate dannelse av et kammer mellom skyttelene etter bevegelse av enten den første eller andre skyttel.

8. Luftkanon ifølge krav 5, karakterisert ved at innretningen for valgvis aktivisering er en solenoid (52) samvirkende anordnet med luftkanalene i luftkanonen.

9. Luftkanon ifølge krav 8, karakterisert ved at solenoiden (52) er tilpasset, ved aktivisering, å kommunisere trykkluften til det andre styrekammer.

10. Luftkanon ifølge krav 5, karakterisert ved at utslippsporten (27) forløper i hovedsak 360" rundt huset (12).

11. Luftkanon ifølge krav 9, karakterisert ved at solenoiden er operativt koplet til huset, koplet til å motta et elektrisk signal og til å bli aktivisert av det elektriske signal.

12. Luftkanon ifølge krav 11, karakterisert ved at et avfyringskammer er dannet mellom overflaten av huset og den første ventilinnretning, og er forbundet til å motta trykkluft når solenoiden blir aktivisert.