用于形成腔的液态衬里的方法和系统技术方案

技术编号:23319976 阅读:35 留言:0更新日期:2020-02-11 19:34
描述了用于形成腔和液态衬里的系统的示例。该系统包括容器和旋转构件,该旋转构件位于容器内并且可绕旋转轴线旋转。旋转构件具有相对于旋转轴线弯曲的内表面、外表面和多个流体通道,每个流体通道在内表面处具有内侧开口并且在外表面处具有外侧开口。旋转构件填充有液态介质,并且旋转驱动器使旋转构件旋转,使得旋转液态介质至少部分地填充流体通道,从而形成液态衬里、限定了腔。腔形成系统用于具有内爆驱动器的液态衬里内爆系统中,该内爆驱动器使液态衬里向内内爆,从而使腔塌陷。内爆液态衬里系统可以用于等离子体压缩系统。

Method and system of liquid lining for forming cavity

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成腔的液态衬里的方法和系统
本公开总体上涉及用于在液态介质中形成腔的方法和系统。
技术介绍
如现有技术中已知的,用于在液态衬里中形成腔和用于使液态衬里内爆的系统形成圆柱形腔,该圆柱形腔通过使圆柱形液态衬里径向内爆而塌陷。这种现有技术的内爆液态衬里系统的示例是在1970年代在美国海军研究试验室开发的LINUS系统。在LINUS系统中,旋转的圆柱形液态金属衬里由自由活塞径向驱动。活塞由高压气体轴向驱动,从而引起旋转的液态衬里的自由表面径向运动。液态金属的初始旋转通过旋转其中容纳有液态介质的圆柱形容器来提供。整个容器绕其纵向轴线旋转,从而沿旋转轴线形成圆柱形腔,并且该圆柱形腔与旋转轴线同轴。
技术实现思路
在一个方面,提供了一种用于形成腔的液态衬里的系统。该系统包括具有外壁的容器和位于容器内部并且可绕旋转轴线旋转的旋转构件。旋转构件包括沿着旋转轴线的第一端和第二端、限定内部容积并且相对于旋转轴线弯曲的内表面、具有随着内表面的形状变化的形状的外表面、以及多个流体通道,所述多个流体通道在内表面处具有内侧开口并且在外表面处具有外侧开口。旋转驱动器操作地联接到旋转构件以使旋转构件旋转。在容器中设置液态介质,使得液态介质至少部分地填充流体通道并形成液态衬里,并且该液态衬里的内表面相对于旋转轴线弯曲,从而限定腔。在另一方面,旋转构件是不对称的,使得旋转构件的第一端处的Δr小于第二端处的Δr。在一方面,旋转构件的外表面的形状根据如下式来确定:其中Pout(top)是旋转构件的第一端的外表面处的压力;Pin是旋转构件的内表面处的压力;zo是内表面处的参考点;z是沿旋转轴线的可变距离;ρ是液态介质的密度;g是由于重力引起的沿着旋转轴线的加速度;ω是以rad/s为单位的旋转速度;r是距旋转轴线的可变垂直距离;ro(z)是定义通道的外侧开口相对于旋转轴线的半径的函数;并且ri(z)是定义通道的内侧开口相对于旋转轴线的半径的函数。在一方面,当第一端在第二端上方时,旋转构件是不对称的,使得外侧开口相对于旋转轴线的半径与内侧开口相对于旋转轴线的半径之差(Δr)在旋转构件的第一端处小于在第二端处的Δr。在一方面,容器包括包围旋转构件的定子。定子包括与旋转构件的第一端轴向对准的第一端、与旋转构件的第二端轴向对准的第二端、面向旋转体的外表面并与其间隔开的内壁、以及在内壁和外壁之间延伸以分解强涡流的室,该强涡流可以在定子内部产生,并减少定子内部的流动与旋转构件的流体通道之间的动量交换。室在定子的内壁处和外壁处开口。布置有多个轴向间隔的架台和径向间隔的分隔器,以限定定子的室。至少一些架台包括允许液态介质流动的至少一个孔,使得当旋转构件旋转时,液态介质可以流向旋转构件的第一端和第二端。在另一方面,在定子的内壁处的室的开口的截面形状与旋转构件的外侧开口的截面的形状不同。选择外侧开口的截面的形状,使得在旋转构件旋转期间,旋转构件中的所述多个流体通道不完全与定子的室的内部开口对准。在一方面,提供了一种用于通过使液态衬里内爆而使腔塌陷的液态衬里内爆系统。液态衬里内爆系统包括用于形成液态衬里的系统和内爆驱动器,该内爆驱动器与旋转构件流体连通并且可操作地提供通过旋转构件的外侧开口的流体流以使液态介质在流体通道中位移通过旋转构件的内侧开口,并使液态衬里朝向腔的中心区域内爆。在一方面,内爆驱动器包括多个活塞组件,所述多个活塞组件连接到容器的外壁并且围绕外壁的周边对称地布置。每个活塞组件包括:壳体,其限定具有开口端和封闭端的内孔;活塞,其可滑动地定位在开口端和封闭端之间的内孔中;以及驱动器,其操作地将活塞朝向开口端驱动。容器中的液态介质部分地填充活塞组件的内孔,使得当活塞朝向内孔的开口端驱动时,内孔中的液态介质通过旋转构件的外侧开口注入,从而使液态介质在流体通道中位移通过旋转构件的内侧开口。在另一方面,流体是加压流体,并且内爆驱动器包括多个阀,所述多个阀连接到容器的外壁并且能够与旋转构件的至少一些外侧开口流体连通。所述多个阀与加压流体的源流体连通,使得当阀打开时,它们通过外侧开口将加压流体注入到旋转构件的所述多个流体通道中。在一方面,提供了等离子体压缩系统。等离子体压缩系统包括液态衬里内爆系统和配置为产生等离子体的等离子体发生器。等离子体发生器连接到容器,使得等离子体发生器的出口插入在容器的外壁中形成的开口中。容器的开口与在旋转构件的第一端或第二端中之一处形成的入口对准,使得可以将产生的等离子体注入腔中。当液态衬里内爆系统使液态衬里朝向中心区域向内内爆时,其使腔塌陷并压缩捕获在其中的等离子体。除了上述方面和实施方式之外,通过参考附图和对以下详细描述的研究,其他方面和实施方式将变得明显。附图说明贯穿附图,附图标记可以被重复使用以指示所引用的元件之间的对应关系。提供附图是为了说明本文中描述的示例性实施方式,而不旨在限制本公开内容的范围。附图中元件的尺寸和相对位置不必按比例绘制。例如,各种元件的形状以及角度未按比例绘制,并且这些元件中的一些元件被任意放大并定位以提高图形的可读性。图1是用于形成腔的液态衬里的系统的示例的示意性截面侧视图,该腔具有朝向旋转轴线向内弯曲的旋转内部界面。图2是具有多个流体通道的旋转构件的示例的透视截面图。图3是用于形成腔的液态衬里的旋转构件的示例的部分侧视截面图,示出了旋转构件的内表面的形状和外表面的形状。图4A是旋转构件的示例的透视截面图,该旋转构件具有多个轴向环和在环之间延伸以形成多个流体通道的多个径向柱。图4B是图4A的旋转构件的口的截面细节图。图5是液态衬里形成系统的透视截面图,示出了位于定子内的图2的旋转构件。图6是定子的示例的部分透视截面图。图7是定子的示例的透视截面图,示出了形成定子的室/挡板的多个架台和分隔器。图8是定子和旋转构件的组件的数值模型的示例的部分截面顶视图。图9是使用用于形成液态衬里的系统的液态衬里内爆系统的示例的示意性截面侧视图,示出了多个活塞组件作为内爆驱动器以使液态衬里内爆。图10是使用用于形成液态衬里的系统的液态衬里内爆系统的示例的透视截面图,示出了用于注入加压流体的多个阀作为内爆驱动器以使液态衬里内爆。图11是使用液态衬里内爆系统来压缩等离子体的等离子体压缩系统的示例的侧视截面图。图12是使用液态衬里内爆系统来压缩等离子体的水平定向等离子体压缩系统的侧视截面图。具体实施方式图1示出了系统10的示例,该系统10用于将腔13形成在液态介质中,使得液态衬里18围绕腔13。系统10包括具有外壁11的容器12和位于容器12内并且可绕旋转轴线旋转的旋转构件14。旋转构件14可以包括多个通道(channels)(通道(passages))16(参见图2),并且在旋转构件14的内部限定内部容积。旋转构件14可以是部分地填充液态介质,使得当旋转构件14旋转时,液态介质可以至少部分地填充通道16。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成腔的液态衬里的系统,所述系统包括:/n具有外壁的容器;/n旋转构件,其位于所述容器内并且能够绕旋转轴线旋转,所述旋转构件包括:/ni.沿所述旋转轴线的第一端和第二端;/nii.内表面,所述内表面限定内部容积并且相对于所述旋转轴线弯曲;/niii.外表面,所述外表面的形状随着所述内表面的形状而变化;以及/niv.多个流体通道,每个流体通道在所述内表面处具有内侧开口并且在所述外表面处具有外侧开口;/n旋转驱动器,其操作地联接到所述旋转构件以使所述旋转构件旋转;以及/n所述容器中的液态介质,当所述旋转构件旋转时所述液态介质至少部分地填充所述流体通道并且形成液态衬里,所述液态衬里的内部界面限定与所述旋转轴线同轴的腔,所述内部界面相对于所述旋转轴线弯曲。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170501 US 62/492,776;20170714 US 62/532,8191.一种用于形成腔的液态衬里的系统,所述系统包括:
具有外壁的容器;
旋转构件,其位于所述容器内并且能够绕旋转轴线旋转,所述旋转构件包括:
i.沿所述旋转轴线的第一端和第二端;
ii.内表面,所述内表面限定内部容积并且相对于所述旋转轴线弯曲;
iii.外表面,所述外表面的形状随着所述内表面的形状而变化;以及
iv.多个流体通道,每个流体通道在所述内表面处具有内侧开口并且在所述外表面处具有外侧开口;
旋转驱动器,其操作地联接到所述旋转构件以使所述旋转构件旋转;以及
所述容器中的液态介质,当所述旋转构件旋转时所述液态介质至少部分地填充所述流体通道并且形成液态衬里,所述液态衬里的内部界面限定与所述旋转轴线同轴的腔,所述内部界面相对于所述旋转轴线弯曲。


2.根据权利要求1所述的系统,其中所述旋转构件的外表面的形状根据如下式来确定:



其中Pout(top)是所述旋转构件的所述第一端的外表面处的压力;Pin是所述旋转构件的内表面处的压力;zo是所述内表面处的参考点;z是沿所述旋转轴线的可变距离;ρ是所述液态介质的密度;g是由于重力引起的沿着所述旋转轴线的加速度;ω是以rad/s为单位的旋转速度;r是距所述旋转轴线的可变垂直距离;ro(z)是定义所述通道的外侧开口相对于所述旋转轴线的半径的函数;并且ri(z)是定义所述通道的内侧开口相对于所述旋转轴线的半径的函数。


3.根据权利要求1所述的系统,其中所述旋转构件的所述内表面朝向所述第一端和所述第二端中的每一端向内弯曲。


4.根据权利要求3所述的系统,其中当所述旋转构件的所述第一端在所述第二端上方时,所述旋转构件关于赤道平面不对称,使得所述外侧开口相对于所述旋转轴线的半径与所述内侧开口相对于所述旋转轴线的半径在所述第一端处的差(Δr)小于在所述第二端处的差Δr。


5.根据权利要求1所述的系统,其中每个通道的深度与宽度的纵横比为至少3:1。


6.根据权利要求1所述的系统,其中所述通道的所述内侧开口被定向并朝向中心区域会聚。


7.根据权利要求1所述的系统,其中所述多个通道中的每一个通道包括在所述外侧开口与所述内侧开口之间延伸的壁,所述多个通道中的至少一个通道具有从该通道的外侧开口朝向内侧开口向内逐渐减小的截面,所述液态介质能够沿着所述通道的纵向轴线在所述内侧开口与所述外侧开口之间流动。


8.根据权利要求7所述的系统,其中所述多个通道中的所述至少一个通道的壁在所述内侧开口处逐渐减小。


9.根据权利要求1所述的系统,其中所述旋转构件还包括轴向间隔开的多个环以及在所述多个环之间延伸的径向间隔开的多个柱,其中所述多个柱和所述多个环限定所述多个流体通道。


10.根据权利要求1所述的系统,其中所述容器还包括包围所述旋转构件的定子,所述定子包括与所述旋转构件的第一端轴向对准的第一端、与所述旋转构件的第二端轴向对准的第二端、面向所述旋转构件的所述外表面并且与之间隔开的内壁、以及在所述内壁与所述外壁之间的室,其中所述室在所述内壁和所述外壁处开口。


11.根据权利要求10所述的系统,其中所述定子还包括轴向间隔开的架台和径向间隔开的分隔器,所述架台和所述分隔器在所述外壁与所述内壁之间延伸并且被布置为以室深度与室宽度的深宽比为至少3:1来限定所述室。


12.根据权利要求11所述的系统,其中至少一些所述室中...

【专利技术属性】
技术研发人员:乔治·齐默曼大卫·F·普兰特罗伯特·V·博查尔特洛伊·N·泰勒维多利亚·苏博尼斯基迈克尔·H·德拉治米歇尔·G·拉伯格
申请(专利权)人:通用融合公司
类型:发明
国别省市:加拿大;CA

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