МОДУЛЬНАЯ КАМЕРА СЖАТИЯ Российский патент 2020 года по МПК F15B21/12 G21B3/00 B01J3/08 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к модульной камере сжатия компрессионной системы, предназначенной для создания волн давления в текучей среде, содержащейся в камере сжатия.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Если в настоящем документе не указано иное, то описанные в этом разделе материалы не являются предшествующим уровнем техники для формулы изобретения, представленной в настоящей заявке, и не считаются предшествующим уровнем техники только из-за того, что они включены в этот раздел.

Один из типов компрессионной системы известного уровня техники содержит множество генераторов волн давления и камеру сжатия, которая обычно представляет собой большой цилиндрический или сферический сосуд, изготовленный из стали или иного высокопрочного материала или из сочетания указанных материалов, который выполнен в виде сосуда высокого давления, способного выдерживать воздействие постоянного высокого давления и/или импульсов высокого давления, создаваемых генераторами волн давления. Камера сжатия может быть заполнена текучей средой, такой как жидкий металл. По окружности камеры сжатия может располагаться множество генераторов волн давления, закрепленных на ее стенке. Каждый генератор волн давления может содержать ударный поршень, который может с ускорением ударять об оголовник, который закреплен в соответствующем отверстии, выполненном в стенке камеры сжатия. Удар поршня о соответствующий оголовник вызывает прохождение волны сжатия через оголовник и ее распространение в жидкой среде, что создает в ней волну давления. Волны давления, сгенерированные каждым отдельным генератором волн давления, могут проходить через жидкую среду, образуя общую волну давления, сходящуюся к центру камеры. Примеры систем и способов создания волн давления в камере сжатия описаны в публикации заявки на патент США №2010/0163130, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Во время работы компрессионной системы могут генерироваться внутренние прерывистые импульсы высокого давления, создаваемые, например, за счет отражения волн давления внутри камеры сжатия. Камеры сжатия должны выдерживать такое высокое давление без усталости; и, соответственно, они должны обладать прочной конструкцией с относительно небольшим количеством слабых мест. В мире существует лишь несколько компаний, способных производить сосуды высокого давления, пригодные для использования в качестве камер сжатия в компрессионных системах этого типа, что обуславливает высокую стоимость таких сосудов и длительный период ожидания их поставки.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

В одном из аспектов настоящего изобретения предложена модульная камера сжатия, используемая в компрессионной системе для создания волн давления в текучей среде, содержащейся к камере сжатия. Модульная камера сжатия содержит множество отдельных модулей и множество соединительных средств, которые соединяют между собой отдельные модули для получения стенки камеры. Каждый отдельный модуль характеризуется наличием внешней торцевой поверхности, внутренней торцевой поверхности и боковой стенки, проходящей между внешней и внутренней торцевыми поверхностями. По меньшей мере, один из множества отдельных модулей вмещает в себя, по меньшей мере, один генератор волн давления, который содержит корпус с первым концом; вторым концом; вытянутым расточенным отверстием, отходящим от второго конца и заходящим в корпус; и оголовником, закрепленным на втором конце корпуса. Оголовник характеризуется наличием первого конца, второго конца и фиксатора, который скрепляет оголовник с генератором волн давления и удерживает его в этом положении. Оголовник располагается таким образом, чтобы его первый конец заходил в расточенное отверстие, а торцевая поверхность его второго конца образовывала, по меньшей мере, часть внутренней торцевой поверхности одного из отдельных модулей.

В еще одном из аспектов настоящего изобретения, по меньшей мере, один из отдельных модулей содержит множество генераторов волн давления, примыкающих друг к другу и соединенных между собой таким образом, что корпуса генераторов волн давления задают боковую стенку, по меньшей мере, одного из отдельных модулей. В частности, первые концы генераторов волн давления задают внешнюю торцевую поверхность, по меньшей мере, одного из отдельных модулей, а торцевые поверхности вторых концов оголовников задают, по меньшей мере, часть внутренней торцевой поверхности, по меньшей мере, одного из отдельных модулей.

В еще одном из аспектов настоящего изобретения множество генераторов волн давления соединено с множеством соединительных средств, которые включают в себя, по меньшей мере, один паз в форме ласточкиного хвоста, выполненный в боковой стенке корпуса каждого генератора волн давления. Каждый паз отходит от первого конца генератора волн давления в направлении второго конца. Паз одного из генераторов волн давления обращен в сторону паза соседнего генератора волн давления, в результате чего образуется проход в форме двойного ласточкиного хвоста. Множество соединительных средств дополнительно включает в себя клин с профилем типа «двойной ласточкин хвост», сопрягающийся с проходом в форме двойного ласточкиного хвоста так, что при его вставке в этот проход соседние генераторы волн давления соединяются между собой, образуя отдельный модуль.

Множество соединительных средств дополнительно включает в себя запорное приспособление для создания непрерывного толкающего усилия, действующего на заднюю сторону клина с профилем типа «двойной ласточкин хвост» с целью удержания этого клина в проходе.

В одном из аспектов настоящего изобретения множество отдельных модулей характеризуются поперечным сечением, имеющим на выбор форму шестиугольника или пятиугольника. Кроме того, второй конец оголовника в поперечном сечении также имеет на выбор форму шестиугольника или пятиугольника.

В еще одном из аспектов настоящего изобретения множество отдельных модулей сходят на конус таким образом, что площадь поперечного сечения внешней торцевой поверхности превышает площадь поперечного сечения внутренней торцевой поверхности. Конусообразные отдельные модули соединены между собой и образуют сферическую конфигурацию.

Помимо аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных выше, после ознакомления с последующим подробным описанием в привязке к чертежам станут очевидными дополнительные аспекты и варианты его осуществления.

Краткое описание Фигур

На всех чертежах ссылочные позиции могут использоваться многократно, что указывает на совпадение элементов, на которые дается ссылка. Чертежи служат для иллюстрации примеров осуществления заявленного изобретения, описанных в настоящем документе, и не претендуют на ограничение его объема. Относительное положение и размеры элементов на чертежах не обязательно вычерчены в масштабе. Например, не вычерчены в масштабе формы различных элементов и углы, а некоторые из этих элементов произвольно увеличены и размещены в произвольном порядке для улучшения читаемости чертежей.

На фиг. 1 показано перспективное изображение первого варианта осуществления модульной камеры сжатия, состоящей из множества соединенных друг с другом модулей, образующих сферическую камеру.

На фиг. 2 представлен вид в частичном поперечном разрезе модульной камеры сжатия, показанной на фиг. 1.

На фиг. 3 показан вид сверху части второго варианта осуществления модульной камеры сжатия; при этом центральный модуль шестиугольной формы окружен модулями пятиугольной формы, скрепленными между собой с помощью множества клиньев с профилем типа «двойной ласточник хвост».

На фиг. 4 представлено перспективное изображение клина с профилем типа «двойной ласточник хвост», показанного на фиг. 3.

На фиг. 5 представлено перспективное изображение части третьего варианта осуществления модульной камеры сжатия, где показан один модуль, содержащий множество генераторов волн давления, примыкающих друг к другу и соединенных между собой.

На фиг. 6 показан вид с торца генератора волн давления в модуле, показанном на фиг. 5; при этом генератор волн давления характеризуется наличием корпуса шестиугольной формы в поперечном разрезе и содержит паз, выполненный в каждой его боковой стенке для приема соответствующего соединительного средства с целью соединения указанного генератора волн давления с примыкающими к нему другими генераторами волн давления.

На фиг. 6А представлен вид сбоку в поперечном разрезе по линии А-А генератора волн давления, показанного на фиг. 6.

На фиг. 6В представлен вид сбоку в поперечном разрезе по линии В-В генератора волн давления, показанного на фиг. 6.

Подробное раскрытие конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения

Настоящим изобретением предложена камера 10 сжатия, состоящая из множества соединенных вместе отдельных модулей, образующих камеру заданного размера и формы. Эта камера сжатия может содержать текучую среду, такую как, например, жидкий металл; при этом она может использоваться в составе компрессионной системы, содержащей множество генераторов волн давления, которые создают волны давления в текучей среде внутри камеры сжатия.

На фиг. 1 показан первый вариант осуществления камеры 10 сжатия, которая содержит множество шестиугольных модулей 12 и множество пятиугольных модулей 14, которые соединены между собой, образуя стенку 11 (фиг. 2) камеры 10. Стенка 11 задает внутреннюю полость камеры 10. Каждый из модулей 12 и 14 характеризуется наличием внешней торцевой поверхности 5, внутренней торцевой поверхности 7 и боковой стенки 9, проходящей между внешней и внутренней торцевыми поверхностями 5 и 7, соответственно. При соединении между собой отдельных модулей 12 и 14 их внешние торцевые поверхности 5 задают наружную поверхность камеры 10, тогда как внутренние торцевые поверхности модулей 12 и 14 задают внутреннюю поверхность камеры 10, а боковая стенка 9 отдельных модулей 12 и 14 образует стенку 11 камеры 10. Модули 12 и/или 14 могут иметь любую подходящую форму, например, треугольную, квадратную или любую иную многоугольную или не многоугольную форму или сочетание форм, что зависит от требуемой формы камеры 10. В проиллюстрированном примере камера 10 состоит из шестиугольных и пятиугольных модулей, соединенных между собой и образующих конфигурацию, напоминающую футбольный мяч, придавая камере 10 сферическую форму. Однако камера 10 может быть выполнена в любой иной подходящей форме, например, в форме цилиндра, овала, конуса, почки; или же она может иметь любую другую форму или сочетание форм без отступления от объема настоящего изобретения. По меньшей мере, некоторые из модулей 12 и 14 могут содержать ряд отверстий 13, в которые вставляется - по меньшей мере, частично - генератор 24 волн давления (см. фиг. 2), и в которых он фиксируется. Отверстие 13 проходит через боковую стенку 9, отходя от внутренней торцевой поверхности 7. Как можно видеть на фиг. 1, шестиугольные модули 12 в этом варианте осуществления настоящего изобретения снабжены одним центральным отверстием и окружающими его шестью дополнительными отверстиями (всего семью отверстиями 13), в которые можно вставить - по меньшей мере, частично - семь генераторов волн давления. Пятиугольные модули 14 могут быть снабжены шестью отверстиями 13 (одним центральным отверстием и пятью окружающими его отверстиями) для фиксации шести генераторов волн давления. Количество отверстий 13 и, соответственно, количество генераторов волн давления в некоторых из модулей 12 и 14 может быть больше или меньше, чем в проиллюстрированном примере. Такие отверстия/генераторы могут располагаться по разным схемам без отступления от объема настоящего изобретения. В одном из вариантов осуществления заявленного изобретения количество, размер и распределение генераторов волн давления таково, что плотность энергии в модулях 12 и 14 и/или между ними одинакова.

Диаметр каждого отверстия 13 в модулях 12 и 14 может быть одинаковым; или же - в альтернативном варианте - диаметр некоторых отверстий 13 может быть больше или меньше диаметра остальных отверстий, а это означает, что диаметр соответствующих генераторов волн давления может быть разным. Модули 12 и 14 могут быть выполнены из нержавеющей стали или любого иного металлического сплава или высокопрочного материала или сочетания таких материалов. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения модули 12 и 14 могут быть выполнены из материала, подвергнутого тепловой обработке или обработанного с использованием любого иного физического или химического процесса, способного повысить прочность и/или износостойкость такого материала. Толщина боковой стенки 9 всех отдельных модулей 12 и 14 (и, следовательно, толщина стенки 11) может быть одинаковой для получения ровной и почти гладкой внутренней поверхности стенки 11. Толщина боковой стенки 9 каждого модуля 12 и 14 выбирается таким образом, чтобы она могла обеспечивать опирание на нее соответствующих генераторов волн давления, а также выдерживать воздействие внутреннего давления и/или импульсов давления, генерируемых в камере 10. Например, камера 10 может иметь форму сферы с внутренним радиусом около 1,5 м и толщиной стенки около 1,5 м (толщина боковой стенки 9 каждого модуля 12 и 14 составляет около ~1,5 м). Это сделано исключительно в иллюстративных целях, а модули 12 и 14 могут характеризоваться толщиной, составляющей больше или меньше 1,5 м без отступления от объема настоящего изобретения. Если камера 10 имеет сферическую форму, каждый из модулей 12 и 14 может сужаться внутрь по радиусу камеры (т.е. сходить на конус внутрь к центру камеры 10) так, что площадь внешней торцевой поверхности 5 модулей 12 и 14 будет превышать площадь внутренней торцевой поверхности 7 модулей 12 и 14. Однако для камеры другой формы (например, прямоугольной камеры) может потребоваться, чтобы модули 12 и 14 характеризовались не сужающейся конфигурацией с одинаковой площадью поперечного сечения по всей длине.

Внутренняя полость камеры 10 может быть частично заполнена текучей средой, например, жидкой текучей средой. Жидкая текучая среда может представлять собой расплавленный металл, такой как свинец, литий, натрий или сплав, комбинация или смесь таких металлов.

Каждый из модулей 12 и 14 соединяется с соседними модулями с помощью соединительных средств 15, которые прочно соединяют между собой соседние модули 12/14 практически без зазоров и герметичным образом. На фиг. 2 показана часть внутренней полости камеры 10 с поперечным сечением стенки 11 камеры 10. Как можно заметить, стенка 11 образована рядом отдельных модулей 12 и 14, характеризующихся наличием внешней торцевой поверхности 5, внутренней торцевой поверхности 7 и боковой стенки 9. Отдельные модули 12 и 14 прочно соединены между собой с помощью напряженных соединительных средств (т.е. крепежных деталей). Количество крепежных деталей зависит от количества смежных/соседних модулей. Например, каждый из шестиугольных модулей 12 может содержать шесть крепежных деталей 15 для его соединения с шестью соседними модулями, тогда как каждый из пятиугольных модулей 14 может содержать пять крепежных деталей 15 для его соединения с пятью модулями, примыкающими к каждой из его граней. Соединительное средство 15 характеризуется прочной и устойчивой конструкцией, выполненной с возможностью обеспечения плотного прижатия друг к другу соединенных между собой модулей 12 и 14. В проиллюстрированном примере соединительное средство 15 может представлять собой пару удлиненных стержней (штифтов) 20, соединенных между собой штангой 22. Штифты 20 могут быть выполнены из твердой нержавеющей стали или любого иного подходящего материала. Каждый из штифтов 20 обладает достаточной длиной, чтобы он мог быть глубоко вделан в стенку модулей 12 и 14. Один из штифтов 20 заглублен в один модуль, тогда как другой штифт заглублен в соседний модуль. Штанга 22 может быть выполнена с возможностью удержания двух штифтов в напряженном состоянии. Например, штанга 22 может представлять собой пружину, которая притягивает друг к другу штифты 20. Таким образом, за счет соединения между собой соседних модулей 12 и 14 с использованием напряженных соединительных средств 15 модули плотно прилегают друг к другу, сохраняя целостность образованной камеры 10. Проиллюстрированная конфигурация соединительных средств 15 может также компенсировать любое незначительное смещение модулей 12 и 14, вызванное любым импульсом давления, сгенерированным в камере 10 и/или генераторами 24 волн давления.

В одном из вариантов своего осуществления соединительные средства могут представлять собой непрерывные тросы (не показаны) в напряженном состоянии, которые могут охватывать всю окружность камеры 10, образуя замкнутые петли. Образующие петли тросы главным образом прикладывают нормальное (направленное радиально внутрь) усилие к поверхности камеры 10. Тросы могут располагаться таким образом, чтобы они не мешали генераторам 24 волн давления, т.е. не входили в соприкосновение с генераторами 24 волн давления для предотвращения приложения к ним тангенциального усилия, которое может вызвать сдвиг генераторов 24 и/или камеры 10. Иначе говоря, каждый трос охватывает окружность камеры по одной траектории и образует непрерывную петлю, находящуюся в напряженном состоянии, вследствие чего к стенке камеры прикладывается радиальное усилие. Специалисту в данной области техники понятно, что могут быть использованы и другие соединительные средства для плотного прижатия друг к другу модулей 12 и 14 с целью образования камеры 10 заданной формы и размера.

Некоторые модули 12 и 14 могут содержать множество отверстий 13, в каждое из которых может быть вставлен соответствующий генератор 24 волн давления. Каждый генератор волн давления содержит оголовник 46, расположенный на конце цилиндрического расточенного отверстия, и ударный поршень, вставленный в это отверстие с возможностью скольжения. Оголовник 46 характеризуется наличием первого конца (ударной стороны), обращенного в сторону ударного поршня, и второго конца, лицевая поверхность которого непосредственно контактирует со средой, содержащейся в камере 10. Близко расположенные отверстия 13 могут представлять собой слабые места, требующие локального усиления для сохранения целостности камеры 10 сжатия. Кроме того, между отверстиями 13 могут образовываться инертные зоны 26; при этом размеры инертных зон 26 могут зависеть от количества, размера, формы и распределения генераторов 24 волн давления, а также от размера и формы камеры 10 сжатия. При ударении ударного поршня генератора 24 волн давления о соответствующий оголовник 46 с целью создания волны давления в камере 10 эти инертные зоны 26 могут генерировать «рваную» внутреннюю общую волну давления с промежутками между отдельными волнами. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый конец оголовника 46 может быть вставлен в расточенное отверстие, а его второй конец может выступать из отверстия и характеризоваться поперечным сечением шестиугольной и/или пятиугольной формы (или любой иной подходящей формы) с тем, чтобы внутренняя поверхность камеры 10 могла быть полностью задана оголовниками 46, вследствие чего исключается наличие инертных зон 26. Каждый из модулей 12 и 14 соединен с соседними модулями с помощью соединительных средств 15.

В одном из примеров осуществления настоящего изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 3, соединительное средство 15 представляет собой клин 50 с профилем типа «двойной ласточник хвост». Каждый из отдельных модулей 12 и 14 снабжен, по меньшей мере, одним пазом в форме ласточкиного хвоста (аналогичным пазу 39, показанному на фиг. 5 и 6), который отходит от внешней торцевой поверхности 5 модуля в направлении его внутренней торцевой поверхности 7. Каждый отдельный модуль содержит множество таких пазов. Например, шестиугольные модули 12 снабжены, по меньшей мере, шестью такими пазами (по одному на каждой своей грани), тогда как пятиугольные модули 14 снабжены, по меньшей мере, пятью такими пазами. При сопряжении отдельных модулей 12 т 14 паз в форме ласточкиного хвоста одного из модулей обращен в сторону и выровнен относительно паза в форме ласточкиного хвоста соседнего модуля, в результате чего образуется проход в форме двойного ласточкиного хвоста, в который вставляется клин 50. Клин 50 с профилем типа «двойной ласточкин хвост» вставляется в проход, образованный двумя пазами в форме ласточкиного хвоста двух обращенных друг к другу модулей 12 и 14 так, что он тесно прижимает друг к другу две грани двух соседних модулей 12 и 14.

На фиг. 4 проиллюстрирован один из примеров осуществления клина 50 с профилем типа «двойной ласточкин хвост», выполненного с возможностью вставки в паз, образованный в боковой стенке модулей 12 и 14. Клин 50 представляет собой конусообразное твердое тело 51 с профилем типа «двойной ласточкин хвост», торцом 58 в форме ласточкиного хвоста и двумя плоскими торцами 52. Форма и размеры тела 51 соответствуют форме и размерам паза. Клин 50 с профилем типа «двойной ласточкин хвост» вставляется в проход, образованный двумя примыкающими друг к другу пазами в форме ласточкиного хвоста таким образом, что торцы 58 в форме ласточкиного хвоста входят в зацепление с боковыми стенками двух смежных пазов, в результате чего клин 50 прижимает друг к другу соседние модули без каких-либо зазоров. Как можно видеть на фиг. 6, паз 39 может характеризоваться поперечным сечением в форме ласточкиного хвоста с боковыми стенками 60, угол наклона которых соответствует углу наклона торцов 58 в форме ласточкиного хвоста клина 50. Паз в форме ласточкиного хвоста характеризуется конусностью, соответствующей конусности клина 50. Кроме того, может быть предусмотрено запорное приспособление 53, предназначенное для запирания клина 50 в пазу и предотвращения выбивания клина 50 из паза вследствие воздействия импульсов давления. Например, запорное приспособление 53 может представлять собой пружину или болт, давящий на заднюю сторону 54 клина 50.

Согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения модуль компрессионной камеры полностью состоит из примыкающих друг к другу генераторов волн давления, находящихся в зацепляющем контакте. В одном из примеров, приведенном на фиг. 5, шестиугольный модуль 12 образован семью генераторами 24 волн давления, находящихся в зацепляющем контакте друг с другом. Этот пример приведен исключительно в иллюстративных целях, а генераторы 24 волн давления могут характеризоваться такой формой и входить во взаимное зацепление таким образом, что они могут образовывать модуль любой другой формы без отступления от объема настоящего изобретения. На фиг. 5 один из генераторов условно не показан, чтобы можно было видеть соединительное средство 15, предназначенное для соединения примыкающих друг к другу генераторов. Сами генераторы 24 волн давления характеризуются определенной формой и собираются полностью взаимозамыкающимся образом, благодаря чему можно получить камеру требуемой геометрической формы и размеров. Взаимозамыкающий характер соединения генераторов 23 обеспечивает получение почти непрерывной внутренней поверхности камеры 10 (с минимальным или нулевым количеством инертных зон 26), от которой отходят волны давления, что дает в итоге гладкую внутреннюю общую волну давления, Таким образом, камера сжатия, образованная модулями, один из которых показан на фиг. 5, может состоять только из генераторов 24 волн давления (которые сами по себе могут рассматриваться в качестве отдельных модулей).

Генератор 24 волн давления содержит удлиненный корпус 40 с первым концом 41, вторым концом 43 и боковой стенкой 45, проходящей между первым и вторым концами 41 и 43, соответственно (см. фиг. 6А). Во второй конец 43 корпуса 40 вставлен оголовник 46. Оголовник 46 закреплен в корпусе 40 с помощью фиксатора 44 так, что он не может выскочить из корпуса 40 при воздействии ударного поршня 62. Форма поперечного сечения корпуса 40 может быть разной в зависимости от требуемой формы камеры 10. Например, в варианте осуществления настоящего изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 5, корпус 40 может быть выполнен в форме шестиугольника или пятиугольника. Если камера 10 имеет сферическую форму, корпус 40 может характеризоваться радиально сужающейся формой, т.е. сходить на конус внутрь от наружной стороны (первого конца 41) к внутренней стороне (второму концу 43). Специалистам в данной области техники понятно, что в зависимости от требуемой формы камеры 10 корпус 40 может иметь одинаковый диаметр по всей своей длине без отступления от объема настоящего изобретения. В проиллюстрированном примере осуществления модуля 12 профиль поперечного сечения/геометрическая форма корпуса 40 может быть шестиугольной или пятиугольной; однако корпус 40 может характеризоваться иной формой/профилем поперечного сечения без отступления от объема настоящего изобретения при условии, что такие генераторы волн давления могут быть соединены взаимозамыкающимся образом с образованием одной сплошной камеры 10 требуемой формы/геометрии и размера. Например, может потребоваться камера 10 сферической формы с радиусом внутренней полости около 1,5 м и толщиной стенки около 1,5 м, вследствие чего длина корпуса 40 каждого из генераторов 24 может составлять около 1,5 м. Такая камера 10 может быть образована рядом шестиугольных модулей 12 в сочетании с рядом пятиугольных модулей 14 (см. фиг. 1). Некоторые из шестиугольных модулей 12 могут состоять, например, из семи отдельных генераторов 24 волн давления (одного центрального и шести окружающих его внешних генераторов волн давления), где центральный генератор может характеризоваться шестиугольным профилем поперечного сечения, тогда как шесть окружающих его внешних генераторов могут иметь пятиугольный профиль поперечного сечения; при этом некоторые из пятиугольных модулей могут содержать один центральный генератор волн давления пятиугольной формы и пять окружающих его внешних генераторов также пятиугольной формы. Этот пример приведен исключительно в иллюстративных целях, и специалисту в данной области техники понятно, что генераторы 24 волн давления, образующие модули и камеру 10, могут характеризоваться разными диаметрами и геометрическими формами без отступления от объема настоящего изобретения. Элементы генераторов 24 волн давления, показанных на фиг. 5, проиллюстрированы в привязке к фиг. 6, 6А и 6В.

Соединительные средства 15 используются для поддержания плотного контакта между боковыми стенками примыкающих друг к другу генераторов 24 волн давления и сохранения такого контакта при различных воздействиях и реакциях, присущих процессам, связанным с волнами давления, которые происходят в камере 10. Соединительное средство 15 может представлять собой клин 50 с профилем типа «двойной ласточкин хвост», который вставляется в проход, образованный двумя обращенными друг к другу пазами 39 в форме ласточкиного хвоста. Паз 39 в форме ласточкиного хвоста выполнен на боковой стенке генераторов 24 волн давления. Клин 50 сцепляет каждую грань генератора 24 с внешней гранью соседнего генератора 24. Например, центральный генератор 24 может иметь шесть пазов в форме ласточкиного хвоста (по одному на каждой грани); при этом для сцепления такого центрального генератора с шестью смежными генераторами используется шесть клиньев 50 с профилем типа «двойной ласточкин хвост». Подобным же образом в генераторах пятиугольной формы используется пять клиньев 50 с профилем типа «двойной ласточкин хвост» для его соединения с пятью смежными генераторами.

На фиг. 6 показан паз 39, боковые стенки 60 которого наклонены под углом, соответствующим углу наклона торцов 58 в форме ласточкиного хвоста клина 50.

На фиг. 6А показано поперечное сечение генератора 24, выполненное по линии А-А. Корпус 40 характеризуется наличием первого конца 41 (на внешней стороне генератора волн давления), второго конца 43 и расточенного отверстия 42, выполненного в корпусе 40, которое проходит между первым концом 41 и вторым концом 43. В отверстие 42 может быть вставлен ударный поршень 62. Ударный поршень 62 характеризуется такой формой и размерами, чтобы он мог скользить в отверстии 42. Во второй конец 43 корпуса 40 может быть вставлен оголовник 46, который закрепляется в нем с помощью подходящего фиксатора 44 с тем, чтобы он не выскочил из корпуса при воздействии ударного поршня. Каждая боковая стенка 45 корпуса 40 может содержать паз 39, отходящий от его первого конца 41 в направлении второго конца 43. Паз 39 характеризуется наличием первого (открытого) конца 39а на первом конце 41 корпуса 40 и второго (закрытого) конца 39b, отстоящего на определенное расстояние от второго конца 43 корпуса 40. В паз с его открытого конца 39а может быть вставлен клин 50. Паз 39 может иметь форму конуса, постепенно сужающегося от первого конца 39а ко второму концу 39b так, что при вставке конусообразного клина 50 в проход, образованный смежными пазами 39, торцы 58 клина 50 входят в зацепление с соответствующими пазами 39 и самоудерживаются там. Для предотвращения выскакивания клина 50 из паза 39 может быть использовано запорное приспособление 53 (см. фиг. 3). Например, запорное приспособление 53 может представлять собой пружину или болт, давящий на заднюю сторону 54 клина 50.

Специалистам в данной области техники понятно, что для сцепления соседних генераторов 23 волн давления могут быть использованы любые другие соединительные средства без отступления от объема настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 6А и 6В, оголовник 46 содержит первый конец 47 с ударной поверхностью (стенкой) 47а, обращенной в сторону отверстия 42 и ударного поршня 62, и второй конец 48 с наружной поверхностью 48а, обращенной в сторону внутренней полости камеры 10 и непосредственно контактирующей с текучей средой, содержащейся в этой полости. Ударный поршень 62 может с ускорением перемещаться в сторону оголовника 46 таким образом, что после его ударения об оголовник 46 волна давления проходит через оголовник 46 от его ударной поверхности 47а к наружной поверхности 48а и распространяется в текучей среде. Первый конец 47 оголовника 46 может характеризоваться такой формой и размерами, чтобы он мог вписаться в отверстие 42 (соответствуя размерам и форме отверстия 42 и ударного поршня 62), тогда как его второй конец 48 может выступать из второго конца 43 корпуса 40 и характеризоваться таким же профилем поперечного сечения, что и корпус 40 (на его втором конце 43). Таким образом, геометрическая форма корпуса 40 может задавать геометрическую форму второго конца 48 оголовника 46. Например, оголовник, вставляемый в корпус 40 шестиугольной формы, может характеризоваться вторым концом 48 шестиугольного сечения, тогда как оголовник, вставляемый в корпус 40 пятиугольной формы, может характеризоваться вторым концом 48 пятиугольного сечения. Площадь поперечного сечения второго конца 48 оголовника 46 превышает площадь поперечного сечения первого конца 47, вследствие чего образуется плечо 46а. Плечо 46а имеет размеры и форму, соответствующие размерам и форме второго конца 43 корпуса 40. Таким образом, после вставки оголовника 46 в корпус 40 первый конец 47 вписывается в отверстие 42, тогда как плечо 46а и второй конец 48 выступает из корпуса 40 генераторов 24 волн давления. Внутренняя поверхность камеры 10 будет полностью задаваться оголовниками 46 соответствующих генераторов 24 волн давления 24. Столовники 46 могут быть размещены таким образом, что между примыкающими друг к другу оголовниками остаются лишь небольшие зазоры. Такие небольшие зазоры могут компенсировать любое незначительное смещение оголовников 46, которое может быть обусловлено воздействием на оголовники 46 соответствующих ударных поршней.

В альтернативном варианте корпус 40 может быть выставлен таким образом, чтобы его второй конец 43 совмещался со вторым концом 48 оголовника 46. В этом случае оголовник 46 может иметь такие размеры, чтобы он полностью вписывался в отверстие 42. В одном из вариантов осуществления наружная поверхность 48а оголовника 46 может характеризоваться вогнутой формой с тем, чтобы общий фокус всех радиальных кромок таких оголовников сходился к центру сферической камеры, образуя тем самым ровную и гладкую внутреннюю поверхность такой камеры.

Кроме того, камера 10 может содержать ряд герметичных уплотнений для предотвращения любых существенных протечек текучей среды. Такие уплотнения могут быть выбраны из числа любых известных динамических или статических уплотнений или любых других подходящих уплотнений или способов уплотнения или их сочетаний, рассчитанных на удержание текучих сред под высоким давлением. На фиг. 6 В показан кольцевой охлаждающий канал или каналы 49, образованные в корпусе 40 и охватывающие внутреннее отверстие так, что по окружности каждого из генераторов 24 волн давления могут образовываться зоны 38 охлаждения (см. фиг. 5). Такие зоны 38 охлаждения могут быть использованы для образования уплотнения между отдельными генераторами 24 волн давления. Охлаждающий канал 49 предусмотрен в корпусе вблизи второго конца 43 с тем, чтобы любой жидкий металл, вытекающий из внутренней полости камеры 10 через небольшие зазоры между примыкающими друг к другу оголовниками 46 и/или корпусами 40 генераторов 24 волн давления, мог охлаждаться на месте за счет теплопередачи охлаждающей жидкости, которая циркулирует в охлаждающем канале 49; при этом застывший жидкий металл образует уплотнение или пробку, удерживающую жидкий металл в камере 10 и предотвращающую его прохождение дальше такой пробки. Охлаждающая жидкость впрыскивается в кольцевой канал 49 через один или более впускной канал 49а и отводится через один или более выпускной канал 49b. Температура охлаждающей жидкости должна быть намного ниже точки затвердевания жидкой среды в камере 10 сжатия. В качестве охлаждающей жидкости могут быть использованы различные текучие среды, например, вода или воздух, температура которых намного ниже точки затвердевания жидкой среды. Дополнительно или в альтернативном варианте в прорезях или канавках по окружности каждого из генераторов 24 волн давления или между оголовником 46 и внутренней поверхностью корпуса 40 может быть предусмотрен ряд различных уплотнений. Например, такие уплотнения могут включать в себя прокладки, кольца или любые иные пригодные для использования уплотнительные элементы или их сочетания, которые могут вставляться и сжиматься во время сборки генераторов 24 волн давления и/или камеры 10 сжатия. Кроме того, между каждым генератором 24 волн давления и всеми соседними генераторами 24 может быть предусмотрено множество механических креплений для жесткой фиксации таких генераторов в требуемом положении и их удержания в заданном положении при воздействии на генераторы любых усилий, которые могут возникать во время работы компрессионной системы. К таким креплениям могут относиться, например, любые болтовые стыковые накладки, шпонки или клинья типа «ласточкин хвост» и т.п. Такие крепления могут быть съемными, чтобы можно было извлекать или переустанавливать любые отдельные генераторы 24 волн давления, не затрагивая соседние генераторы. Дополнительно или в альтернативном варианте для удержания камеры 10 и каждого из ее генераторов 24 волн давления точно в заданном положении может быть предусмотрено прочное внешнее поддерживающее устройство, обеспечивающее приложение удерживающего усилия вдоль центральной оси каждого генератора 24 в направлении центра камеры 10.

Хотя в настоящем документе проиллюстрированы и описаны конкретные элементы, варианты осуществления и применения заявленного изобретения, следует понимать, что объем настоящего изобретения ими не ограничен, поскольку в него могут быть внесены различные модификации без отступления от объема заявленного изобретения, особенно с учетом изложенных выше идей. Таким образом, например, в любом способе или процессе, описанном в настоящем документе, действия или операции, составляющие такой способ/процесс, могут выполняться в любой подходящей последовательности, а не обязательно ограничиваться какой-либо конкретной указанной последовательностью. Элементы и составные части могут конфигурироваться или размещаться по-разному, комбинироваться и/или исключаться в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Различные признаки и процессы, раскрытые выше, могут использоваться независимо друг от друга; или же они могут быть объединены разными способами. Предполагается, что все возможные комбинации и подкомбинации входят в объем настоящего изобретения. Встречающиеся по всему тексту ссылки на «некоторые варианты осуществления настоящего изобретения», «один из вариантов осуществления настоящего изобретения» и т.п. означают, что конкретный признак, конструкция, процесс или характеристика, описанная в отношении какого-либо варианта осуществления настоящего изобретения, включена, по меньшей мере, в один из вариантов его осуществления. Таким образом, появляющиеся в тексте фразы «в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения», «в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения» и т.п. не обязательно все относятся к одному и тому же варианту осуществления, а могут относиться к одному или нескольким одинаковым или разным вариантам осуществления заявленного изобретения. В действительности новые способы и системы, раскрытые в настоящем документе, могут быть реализованы в различных иных вариантах осуществления настоящего изобретения; более того, различные пропуски, дополнения, замены, эквиваленты, перестановки и изменения в вариантах осуществления заявленного изобретения, раскрытых в настоящем документе, могут быть выполнены или внесены без отступления от сущности изобретений, описанных в настоящем документе.

Различные аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения описаны там, где это целесообразно. Следует понимать, что необязательно все эти аспекты или преимущества могут быть получены в соответствии с каким-либо конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения. Таким образом, например, следует иметь в виду, что различные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы таким образом, что достигается или оптимизируется одно преимущество или ряд преимуществ, указанных в настоящем документе, без обязательного получения прочих аспектов или преимуществ, которые могут быть указаны или рассмотрены в настоящем документе.

Условные термины, используемые в настоящей заявке, такие как, помимо прочего, «может», «может быть», «мог», «мог бы», «например» и т.п., если специально не указано иное, или иное не вытекает из контекста, в общем, означают, что некоторые варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя, а остальные варианты осуществления настоящего изобретения не включают в себя определенные признаки, элементы и/или стадии. Таким образом, предполагается, что такие условные термины, в общем, не должны толковаться в том смысле, что признаки, элементы и/или стадии в любом случае требуются для одного или более варианта осуществления настоящего изобретения, или что один или более вариант осуществления настоящего изобретения обязательно включает в себя логику для принятия решения, с/без ввода данных оператором или подсказок оператору, в отношении того, должны ли эти признаки, элементы и/или стадии включаться в какой-либо конкретный вариант осуществления настоящего изобретения или быть реализованы в нем. Ни один отдельный признак или группа признаков не является обязательной или незаменимой для какого-либо конкретного варианта осуществления настоящего изобретения. Термины «содержащий», «включающий в себя», «имеющий» и т.п. являются синонимами и используются во включительном смысле, в неограничивающей форме, и не исключают дополнительных элементов, признаков, действий, операций и т.п. Кроме того, термин «или» используется во включительном смысле (а не в исключающем смысле), так что при его использовании, например, в отношении списка элементов термин «или» означает один элемент, некоторые или все элементы списка.

Если специально не указано иное, то соединительные выражения, такое как фраза «по меньшей мере, одно из X, Y и Z», следует понимать с учетом контекста как используемое, в общем, для указания на то, что какая-либо позиция, термин и т.п. может представлять собой или X, или Y, или Z. Таким образом, такое соединительное выражение, в общем, не означает, что некоторые варианты осуществления настоящего изобретения требуют наличия в каждом из них, по меньшей мере, одного из X, по меньшей мере, одного из Y и, по меньшей мере, одного из Z.

Предполагается, что примеры расчетов, моделирования, результатов, графиков, значений и параметров тех вариантов осуществления настоящего изобретения, которые описаны в настоящем документе, носят иллюстративный характер и не ограничивают раскрытые варианты осуществления заявленного изобретения. Прочие варианты осуществления настоящего изобретения могут конфигурироваться и/или функционировать иначе, чем проиллюстрированные примеры, описанные в настоящем документе. В действительности новые способы и устройства, раскрытые в настоящем документе, могут быть реализованы в различных иных формах; более того, различные пропуски, замены и изменения в вариантах осуществления способов и систем, раскрытых в настоящем документе, могут быть выполнены или внесены без отступления от сущности изобретений, описанных в настоящем документе.

Изобретение относится к модульной камере сжатия компрессионной системы, предназначенной для создания волн давления в текучей среде, содержащейся в камере сжатия. Модульная камера сжатия 10 содержит множество отдельных модулей 12 и множество соединительных средств 15, соединяющих между собой модули 12 для получения стенки камеры 10. Каждый из модулей 12 характеризуется наличием внешней торцевой поверхности, внутренней торцевой поверхности и боковой стенки, проходящей между поверхностями. Каждый модуль 12 примыкает к трем или более другим модулям 12 и соединен с ними. Внутренние торцевые поверхности модулей 12 в совокупности образуют внутреннюю поверхность стенки камеры 10. По меньшей мере один из модулей 12 включает в себя по меньшей мере один генератор волн давления, который создает волны давления в текучей среде. Изобретение направлено на создание прочной конструкции. 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Модульная камера сжатия, используемая в компрессионной системе для создания волн давления в текучей среде, содержащейся к камере сжатия; при этом указанная модульная камера сжатия содержит:

множество отдельных модулей, каждый из которых характеризуется наличием внешней торцевой поверхности, внутренней торцевой поверхности и боковой стенки, проходящей между внешней и внутренней торцевыми поверхностями, где каждый модуль примыкает к трем или более другим модулям и соединен с ними; и

множество соединительных средств, соединяющих между собой отдельные модули для получения стенки камеры; при этом внутренние торцевые поверхности отдельных модулей в совокупности образуют внутреннюю поверхность стенки камеры;

при этом по меньшей мере один из отдельных модулей включает в себя по меньшей мере один генератор волн давления, который создает волны давления в текучей среде.

2. Модульная камера сжатия по п. 1, в которой по меньшей мере один генератор волн давления содержит корпус с первым концом; вторым концом; вытянутым расточенным отверстием, отходящим от второго конца и заходящим в корпус; и оголовником, закрепленным на втором конце корпуса; при этом оголовник характеризуется наличием первого конца, второго конца и фиксатора, который скрепляет оголовник с указанным корпусом и удерживает его в этом положении; при этом первый конец оголовника располагается в расточенном отверстии, а торцевая поверхность второго конца оголовника образует по меньшей мере часть внутренней торцевой поверхности одного из отдельных модулей.

3. Модульная камера сжатия по п. 1, в которой по меньшей мере один из отдельных модулей, содержащий по меньшей мере один генератор волн давления, характеризуется наличием корпуса с отверстием, проходящим через боковую стенку, отходя от внутренней торцевой поверхности, в которое вставляется по меньшей мере один генератор волн давления.

4. Модульная камера сжатия по п. 3, в которой каждый из множества отдельных модулей характеризуется геометрической формой, выбранной из ряда, включающего в себя форму шестиугольника и форму пятиугольника.

5. Модульная камера сжатия по п. 4, в которой множество отдельных модулей сходит на конус таким образом, что площадь внешней торцевой поверхности каждого отдельного модуля превышает площадь внутренней торцевой поверхности каждого отдельного модуля; при этом все сходящие на конус отдельные модули из указанного множеств сцепляются друг с другом, образуя сферическую камеру.

6. Модульная камера сжатия по п. 2, в которой площадь поперечного сечения на первом конце оголовника меньше площади поперечного сечения на втором конце оголовника; при этом оголовник содержит плечо, проходящее между первым концом и вторым концом; и при этом указанное плечо и второй конец выступают из расточенного отверстия после установки оголовника на втором конце корпуса.

7. Модульная камера сжатия по п. 6, в которой второй конец оголовника характеризуется торцевой поверхностью, имеющей на выбор шестиугольную или пятиугольную форму.

8. Модульная камера сжатия по п. 2, в которой по меньшей мере один из отдельных модулей содержит множество примыкающих друг к другу и находящихся в зацепляющем контакте генераторов волн давления таким образом, что корпусы генераторов волн давления задают боковую стенку по меньшей мере одного из отдельных модулей; при этом первые концы генераторов волн давления задают внешнюю торцевую поверхность по меньшей мере одного из отдельных модулей, а торцы вторых концов оголовников задают по меньшей мере частично внутреннюю торцевую поверхность по меньшей мере одного из отдельных модулей.

9. Модульная камера сжатия по п. 8, в которой множество соединительных средств включает в себя паз в форме ласточкиного хвоста, выполненный в боковой стенке корпуса каждого из множества генераторов волн давления; при этом указанный паз отходит от первого конца в направлении второго конца корпуса каждого генератора волн давления; при этом паз одного из множества генераторов волн давления обращен в сторону паза одного из множества соседних генераторов волн давления, в результате чего образуется проход в форме двойного ласточкиного хвоста; при этом множество соединительных средств дополнительно включает в себя клин с профилем типа «двойной ласточкин хвост», сопрягающийся с проходом в форме двойного ласточкиного хвоста таким образом, что при его вставке в проход в форме двойного ласточкиного хвоста примыкающие друг к другу генераторы волн давления оказываются сцепленными между собой.

10. Модульная камера сжатия по п. 9, в которой множество соединительных средств дополнительно включает в себя запорное приспособление, контактирующее с клином с профилем типа «двойной ласточкин хвост» таким образом, что возникает непрерывное толкающее усилие, действующее на заднюю сторону клина с профилем типа «двойной ласточкин хвост» с целью удержания этого клина с профилем типа «двойной ласточкин хвост» в проходе.

11. Модульная камера сжатия по п. 8, в которой по меньшей мере один из отдельных модулей, содержащий множество примыкающих друг к другу генераторов волн давления, находящихся в зацепляющем контакте, характеризуется шестиугольной формой; при этом каждый такой отдельный модуль содержит центральный генератор волн давления и шесть внешних генераторов волн давления, окружающих центральный генератор волн давления; при этом центральный генератор волн давления снабжен оголовником, второй конец которого имеет торец шестиугольной формы, а каждый из шести внешних генераторов волн давления снабжен оголовником, второй конец которого имеет торец пятиугольной формы.

12. Модульная камера сжатия по п. 8, в которой по меньшей мере один из отдельных модулей, содержащий множество примыкающих друг к другу генераторов волн давления, находящихся в зацепляющем контакте, характеризуется пятиугольной формой поперечного сечения; при этом каждый такой отдельный модуль содержит центральный генератор волн давления и пять внешних генераторов волн давления, окружающих центральный генератор волн давления; при этом каждый генератор из числа центрального генератора и внешних генераторов волн давления снабжен оголовником, второй конец которого имеет торец пятиугольной формы.

13. Модульная камера сжатия по п. 8, в которой каждый из множества генераторов волн давления характеризуется наличием корпуса, имеющего первый конец и второй конец; при этом указанный корпус имеет форму конуса, сужающегося от его первого конца ко второму концу так, что площадь внешней торцевой поверхности отдельного модуля превышает площадь внутренней торцевой поверхности отдельного модуля.

14. Модульная камера сжатия по п. 1, в которой множество соединительных средств включает в себя два штифта, соединенных вместе с помощью предварительно напряженной пружины с целью удержания этих штифтов в напряженном состоянии; при этом один из штифтов вставлен в наружную стенку одного из отдельных модулей, а другой штифт вставлен в один из соседних модулей.

15. Модульная камера сжатия по п. 1, в которой множество соединительных средств включает в себя тросы, каждый из которых охватывает окружность камеры по одной траектории и образует непрерывную напряженную петлю так, что к стенке камеры прикладывается радиальное усилие.

16. Модульная камера сжатия по п. 1, в которой множество соединительных средств включает в себя по меньшей мере один паз в форме ласточкиного хвоста, выполненный в боковой стенке каждого отдельного модуля; при этом указанный паз отходит от внешней торцевой поверхности в сторону внутренней торцевой поверхности модуля; при этом по меньшей мере один паз в форме ласточкиного хвоста одного из отдельных модулей обращен в сторону по меньшей мере одного паза в форме ласточкиного хвоста одного из соседних отдельных модулей, в результате чего образуется проход в форме двойного ласточкиного хвоста; при этом множество соединительных средств дополнительно включает в себя клин с профилем типа «двойной ласточкин хвост», сопрягающийся с проходом в форме двойного ласточкиного хвоста таким образом, что при вставке указанного клина в этот проход соседние генераторы волн давления оказываются сцепленными друг с другом.

17. Модульная камера сжатия по п. 16, в которой множество соединительных средств дополнительно включает в себя запорное приспособление, контактирующее с клином с профилем типа «двойной ласточкин хвост» таким образом, что к задней стороне клина с профилем типа «двойной ласточкин хвост» прикладывается непрерывное толкающее усилие, удерживающее этот клин с профилем типа «двойной ласточкин хвост» в проходе.

18. Модульная камера сжатия по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере одно уплотнение, расположенное между примыкающими друг к другу отдельными модулями.

19. Модульная камера сжатия по п. 1, в которой множество соединительных средств включают множество напряженных соединительных средств.

20. Модульная камера сжатия по п. 19, в которой множество напряженных соединительных средств компенсируют смещение модулей, вызванное одним или более импульсами давления, сгенерированными в камере сжатия.

21. Модульная камера сжатия по п. 1, дополнительно содержащая кольцевые охлаждающие каналы для поступления охлаждающей жидкости, при этом один или более кольцевых охлаждающих каналов образует зону охлаждения для затвердевания жидкой среды, которая вытекает из внутренней полости камеры сжатия, образуя уплотнение или пробку.