HL–2M装置真空室设计与分析

HL–2M装置真空室为D型截面,双侧薄壁为全焊接结构,内环直径为2m,外环直径为5.22m,环高3.02m,真空室由内壳、外壳、加强筋以及各种形式的窗口组成。整个真空室由20个扇形段焊接而成,材料采用Inconel 625、Inconel 718与316L组合形式。运用有限元法对真空室进行了结构强度评估,通过对危险工况进行分析计算得知真空室满足工程设计要求。     

HL-2M 真空室内壁螺柱焊接工艺研究与实施

针对 HL-2M 真空室内壁螺柱焊接,从焊接螺柱结构设计、焊接工艺研究、焊接工艺试验、焊接质量 评判等方面进行了详细研究,最终确定了包括焊接电流、焊接时间、伸出长度、提升高度、总提升高度等焊接参 数和接地线位置、焊枪手把方向的真空室内壁螺柱焊接工艺方案。通过大量工艺试验,有效地解决了 HL-2M 真 空室内壁(5mm,Inconel625 材质)-大直径(∅12mm,316L 材质)螺柱焊难题,焊缝成型均匀,飞溅和焊瘤少,表面 发黑明显改善,满足真空清洁度要求。焊接稳定性高,良品率高,拉伸试验和疲劳试验也满足设计要求。      

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HL-2M真空室的主体材料被选为Inconel 625。通过研究3个产地的Inconel 625母材和焊缝的性能,对比分析了该种材料的各项性能参数。通过比较得到进口Inconel 625母材和焊接接头综合性能均最优。各项试验结果及分析对真空室部件的制造有重要的指导意义。     

HL-2M 真空室用Inconel 625 材料性能研究

HL-2M 真空室的主体材料被选为Inconel 625。通过研究3 个产地的Inconel 625 母材和焊缝的性能,对比分析了该种材料的各项性能参数。通过比较得到进口Inconel 625 母材和焊接接头综合性能均最优。各项试验结果及分析对真空室部件的制造有重要的指导意义。     

适用于聚变装置偏滤器部件的高热负荷测试平台真空腔体系统设计

对托卡马克聚变装置偏滤器的高热负荷测试平台真空腔体系统进行了结构设计,其中包括真空室、 真空抽气系统、部件调节机构、小型水冷系统和电子枪操作平台,利用 Ansys 对真空室主体结构的合理性和可靠 性进行了验证。模拟结果表明：真空室外壁温度不超过 50℃,真空室及其支撑上的最大应力分别为 134.49MPa 和 48.76MPa,满足许用应力 3S_m 值 620MPa 的要求。     

ITER真空室支撑筋板结构设计与强度分析

作为真空室的重要部件,支撑筋板既需要支撑真空室双层壳体,又需要支撑中子屏蔽层。在实际工作中,支撑筋板必须满足运行时的各项强度要求。分析了真空室结构特点,以及真空室支撑筋板的平面布局与结构要求。运用CATIA软件设计了支撑筋板,并在ANSYS Workbench环境下对其作了有限元分析,得到支撑筋板在真空室内工况下的强度应力云图和应变云图。结果分析表明,支撑筋板的结构和强度均满足设计要求,很好地保证了ITER真空室的正常运行。     

HL-2A托卡马克装置真空系统

介绍了HL 2A装置真空系统研制。它由真空主抽气系统、抽气偏滤器、直流辉光放电清洗系统组成。主抽气系统提供了装置真空室从大气到高真空、烘烤除气、直流辉光放电清洗所需要的抽气能力。抽气偏滤器初步实现了托卡马克放电过程中边缘粒子的抽运与控制;直流辉光放电清洗系统保证了装置良好的真空器壁条件。介绍了这些系统的初步运行情况,并给出了其测试结果。HL 2A装置首轮物理实验运行时真空室极限真空度达到4.6×10-6Pa,12h总漏放气率为1.8×10-5Pa·m3·s-1。     

HL-2M装置真空室预装阶段检漏试验

通过在加工现场和安装现场搭建的真空辅助系统、四极质谱计及氦检漏仪组成的检漏系统,运用残 余气体分析和氦质谱检漏方法在冷态下对 HL-2M 真空室扇形段及真空室整体进行了真空检漏试验。对漏点进行 修复后,测试了真空室的极限真空度和总漏气率等。真空室经过 72h 的抽气后,真空度达到 3.7×10⁻⁵Pa,超过了 1.0×10⁻⁴Pa 的预期预抽真空度。用静态定容法测得的真空室漏放气率为 2.3×10⁻⁷Pa⋅m³⋅s⁻¹,小于设定的真空漏率 技术指标 5×10⁻⁷Pa⋅m³⋅s⁻¹。试验结果表明 HL-2M 装置真空室满足超高真空条件,符合设计要求。     

等离子体破裂时HL-2M真空室的结构应力分析

利用ANSYS有限元程序分析计算了等离子体线性大破裂时HL-2M真空室上的感应电流及电磁力,并对真空室进行了结构应力分析。结果表明,真空室上主要产生环向感应电流和径向电磁力,且主要集中在真空室壳体的柱状段;在破裂产生的电磁力及其他机械载荷的作用下,真空室的结构设计能较好地满足强度和刚度要求。     

多路超导接收系统用矩形静态真空室设计

介绍设计了一种供多路超导滤波器正常工作的矩形静态真空室。通过对真空室材料选择、壁厚计算,设计完成矩形真空室焊接、密封结构;设计制定了合理的真空室加工、材料烘烤除气、防辐射热工艺;通过试验固化了馈线接头激光密封焊接参数。将制造完成的矩形静态真空室进行漏率检测及实际应用,该矩形静态真空室完全满足多路超导接收系统全扇区滤波的应用要求。     

ITER真空室中子屏蔽设计

ITER真空室中子屏蔽主要是屏蔽中子流、伽马射线以及降低环向场波纹度。介绍了ITER真空室的结构特点及屏蔽结构料材的选取情况,发展了屏蔽设计思想及相关的支撑结构,对铁磁性材料填充区域进行了布局设计。依据ITER真空室物理学计算结果,确定了屏蔽区域屏蔽材料的填充率。基于三维建模软件进行了屏蔽块零件库的仿真设计和屏蔽结构的模拟仿真。     

HL-2M 真空室制造工艺难点分析及优化

根据 HL-2M 真空室结构及运行工况,对 HL-2M 真空室制造过程的工艺难点进行了深入的分析。结 合前期试验段制造经验,优化了真空室制造工艺,细化了真空室产品的制造工艺方案。通过优化后工艺措施的实 施,提高了真空室的制造质量,并为后续磁约束聚变装置真空室的制造积累了大量的经验。     

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As an important part of vacuum vessel, supporting rib not only supports double layer shell, but also supports neutron shielding layer. It must meet all strength requirement from them in practice. Vacuum vessel structure feature, supporting rib layout and structure requirement were analyzed. Supporting rib was designed with CATIA. Its strength stress nephogram and deformation nephogram were obtained with finite element analysis under the ANSYS Workbench environment. From the result, supporting rib structure and stress can meet the design requirement, so as to assure its normal working in ITER vacuum vessel.     

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HL-2M vacuum vessel is designed with a D-shaped, double thin-wall structure, which consists of inner shell, outer shell, ribs and ports. Torus inside and outside diameters are 2m and 5.22m, respectively. Torus height is 3.02m. The whole torus will be welded with 20 sectors. Inconel 625 ??Inconel 718 and 316L are selected for the vessel material. Finite element analyses of vacuum vessel are conducted. The results show that vacuum vessel structure can meet the design requirements of the machine.     

不同位形大破裂工况下CFETR 真空室预研件的电磁载荷分析

基于数值方法分析了中国聚变工程实验堆真空室预研件(CFETR VV mock-up)在大破裂工况(MD)下不同位形所对应的电磁参数，重点分析了不同位形运行条件下真空室上涡流和电磁力的分布及对比。结果表明，三种等离子体位形下VV电磁载荷分布情况近乎相等，各轴向分力最大值及各分段的最大值存在差异。电磁载荷的获得为进一步校核CFETR VV mock-up的局部结构强度提供了数据基础，对提高真空室的结构设计合理性和运行的安全性具有重要作用。     

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采用一体化安全分析程序,建立了ITER装置第一壁/包层及其主热传输系统、抑压系统的事故分析模型。对真空室内第一壁冷却剂管道双端断裂的失水事故进行计算,并选取单根冷却剂管道双端断裂和多根冷却剂管道双端断裂导致的失水事故工况进行热工水力行为的研究,分析相关系统的热力响应。分析表明,在发生第一壁冷却剂管道断裂事故后,由于冷却剂向真空室内释放,导致真空室内压力升高,之后由于抑压系统爆破盘的开启,可以有效缓解真空室内压力的升高,能够保障真空室系统满足设计限值。     

CFETR 水冷包层模块真空室内破口事故安全分析

使用 RELAP5 对 CFETR 水冷固态增殖包层的 3#包层模块建立模型,并开展了稳态工况和不同破口 面积下的真空室内破口事故分析。结果表明,事故发生后真空室压力迅速升高,小破口事故时,向大泄压罐泄压 可防止真空室超压;大破口事故时,真空室超压保护系统无法有效地控制压力上升,且增大泄压罐体积以缓解真 空室压力的效果不显著。在添加联箱出口止回阀后,可有效防止冷却剂逆向流动进入真空室,使真空室压力维持 在安全范围内,不需要启用真空室超压保护系统。      

HL-2M 装置支撑结构工程设计

HL-2M 装置的支撑结构系统,该系统由装置基础及重力支撑结构、极向场线圈及真空室支撑结构 和环向场线圈防倾覆支撑结构等三部分组成。本文介绍了 HL-2M 装置支撑结构工程设计情况。