HL-2M 环向场线圈预紧系统设计

针对 HL-2M 装置可拆卸的环向场(TF)线圈结构,在“D”形 TF 线圈外侧上、下两端分别采用水平的预紧机构对 TF 线圈实施预紧,使 TF 线圈在大电流承受较大电磁力的情况下,与 TF 线圈连接螺栓的预应力一起保证连接面不发生分离。由于同步性和一致性的要求,该系统采用液压同步顶升机构,并且采用压力传感器实时检测该预应力值,保证 TF 线圈在整个放电实验阶段的安全,为 HL-2M 装置整体的安全提供保障。     

HL-2M 极向场线圈支撑结构分析评估

基于二维轴对称模型分析了极向场(TF)线圈在单零(SN)、双零(DN)、雪花(SF)和鼎位形下的电磁响 应,并评估了 4 种位形极限工况下支撑的力学性能。分析表明,PF6 线圈在放电初始时刻所受垂直电磁力最大, 可达到 1.9MN。在放电平顶结束时 PF5 线圈所受电磁力最大。在鼎位形下,PF5L 电磁力可达 2.6MN;雪花和双 零位形下,可达到 2.06MN。在这样极端的运行工况下,结构力学计算结果表明 PF 线圈支撑结构出现了局部塑性 变形。采用 ASMEVIII.2 作为评判准则,对局部高应力区进行评估,评估表明结构不存在塑性塌陷和局部失效。 而在上端主辐梁内侧支撑墩位置,螺栓所受轴力最大,需施加大于 50kN 的预紧力。     

HL-2Mװ�û�����Ȧ���������

为环向场线圈防倾覆结构及其它支撑部件的设计提供依据,采用有限元实体模型分析方法,通过电磁-结构耦合计算对HL-2M装置的环向场线圈进行电磁力分析。计算结果表明,在目前的防倾覆结构和一般的运行情况下,环向场线圈所受最大剪切应力约为7.2MPa,在材料许用应力范围之内。     

CFETR TF Dummy 线圈 VPI 系统设计

TF 线圈为大型“D”形轮廓, 由高、 中、 低场线圈通过套装和堆叠而成. 需要分别对高中低场线圈进行绝缘处理, 套装后填充高中低场之间的间隙(10 mm~120 mm) , 包绕对地绝缘后, 再对间隙填充层进行绝缘处理. 为了充分验证绕组制造的工艺, 采用一个以中场绕组尺寸的Dummy 绕组进行真空压力浸渍(Vacuum Pressure Impregnation, VPI) 完成线圈绝缘. 针对 VPI 过程中真空环境、 外部压力、 固化温度、 时间控制等方面的技术难点, 完成 TF Dummy 线圈 VPI 系统设计. 采用 CATIA 软件对 Dummy 线圈 VPI 系统进行建模, 合理设计子系统, 有效缩短 VPI过程的时间, 保证绝缘质量. 通过每个子系统的理论分析计算, 更精确地选择 VPI 系统配备的设备型号,CFETR TF Dummy 线圈 VPI 系统的设计和相关工艺的验证对后续 TF 线圈制造至关重要.     

ITER TF导体压降流阻测试试验与分析

由于国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)的磁体系统运行时利用迫流氦进行冷却,迫流氦在线圈内部流动,产生一定阻力,会影响磁体线圈的正常工作,需要对磁体线圈进行压降测试。着重介绍线圈导体的流体测试试验,根据ITER纵向场(Toroidal Field,简称TF)的导体PA技术要求,搭建测试平台并在室温下进行氮气压降-流量测试实验。使用经验公式进行理论压降计算,计算结果与测量值进行对比,较为接近。同时,也利用该根导体参数进行低温下压降计算,计算结果和国外相关数据,相似。     

EAST托卡马克装置外冷屏的热负荷分析

外真空杜瓦冷屏 (简称外冷屏 )是 EAST超导托卡马克核聚变装置的重要部件之一 ,它在处于室温下的外真空杜瓦与运行在 4 .5 K温度下的超导线圈之间形成了一道隔热的屏障 ,以保证装置能够稳定高效的运行。文中运用有限元分析软件 ANSYS对外冷屏封头、中筒、底座的传热情况做了计算与分析 ,以得到在氦气入口处压强为 5 .2 bar,温度为 80 K的情况下 ,外冷屏低温面板的详细设计方案     

HL-2M 主机线圈冷却系统设计和优化

用一维网络仿真和解析计算方法对HL-2M 磁体TF 线圈、PF 线圈和CS 线圈水冷却系统进行设计和计算,给出了冷却系统工程设计所需要的水力参数。通过优化冷却系统的资用压力和流量分配,得到满足子系统动力输出的最大流量为400m³•h⁻¹,最大压力为1.8MPa,满足线圈在最大流速4.5m•s⁻¹ 下热交换的要求。     

260t铁水车上车架和下车架强度分析

260t铁水车是采用直接将铁水包落入运输车中的新型大型重载凹底特种车。该车的特点是：轴重大（重载时轴重达约45t）、车体宽（车体最大宽度达4200mm）。上、下车架是整个铁水车的安装基础，主要起承载和传力作用，因此为了保证车体在运行中的安全可靠性，车体结构强度计算分析是十分重要的一项内容。通过计算载荷和计算工况对上车架和下车架进行强度计算分析。     

YBCO高场内插线圈的应力分析研究

YBCO内插线圈绕制过程中施加的绕制预紧力、降温过程中的热应力以及通电运行时产生的电磁力,是内插线圈应力的主要机械载荷。内插线圈中YBCO导体中的应力是影响线圈超导性能的主要因素之一。文中采用有限元方法,针对一个25T的YBCO内插线圈,通过建立3D仿真模型,从绕制预紧力、冷收缩和洛伦兹力等应力载荷出发,依次分析了YBCO涂层导体在三种载荷下的应力分布特点。进一步采用细化线圈模型,得到了YBCO带材层状结构中不同材料的应力分布特点。研究结果可为高场内插线圈的工艺设计提供依据。     

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。      

CFETR纵场磁体线圈内馈线结构设计与分析

介绍了中国核聚变工程试验堆(CFETR)纵场磁体线圈馈线系统内馈线的结构,它由外盒体、万向节、 超导母线与冷却管路以及内部支撑架等子部件组成。在纵场磁体线圈内馈线工况下,对其进行了结构设计,并通 过有限元分析,获得了内馈线工作状态下的应力和位移分布云图。结果表明,最大应力与最大位移变形均满足设 计使用要求。      

HL-2M 装置的 300MVA 发电机组保护装置

为保证 HL-2M 装置的 300MVA 立式发电机组的安全运行，需要对其设置保护装置。针对机组自身 特性，保护装置为发电机的多分支绕组采用了完全裂相横差保护、完全纵差保护和零序电流型横差保护。基于机 组脉冲工作模式，保护装置采用了快速频率跟踪算法实现频率变化时对发电机组的电压电流快速跟踪测量。实验 证明该保护装置满足机组的安全运行要求。      

HL-2M 装置运行控制技术初步研究

重点介绍了 HL-2M 装置的运行技术和初步的等离子体控制实验结果,包括等离子体放电方案设计、 线圈电流控制、击穿阶段零场匹配和等离子体电流以及位移的控制。为了降低放电运行风险,HL-2M 装置初始放 电采用了简化的放电方案,通过整定 PID 参数实现了线圈电流控制,在击穿阶段获得了 10V 以上的环电压和较大 范围的零场区域,成功实现等离子体击穿。最后,投入了等离子体电流和水平位移反馈控制算法,成功将等离子 体放电脉宽提升至 200ms 以上,且维持 I_p≥100kA 的时间超过了 100ms,上述结果表明 HL-2M 装置运行控制技术 得到了初步的检验。      

300MVA 脉冲发电机高压变频器调速装置设计及调试

HL-2M 装置 300MVA 脉冲发电机组的调速装置高压变频器主要由输入和输出部分、功率单元、控 制部分组成。对高压变频器进行了调试及试验运行。试验表明其输入谐波含量小,输出波形也是完美正弦波,启 动到工作转速的时间为 16min,再加速时间未超过 5min,能够满足实验放电要求。根据调试情况对空载电流及转 子时间常数进行了优化,在空载电流为 300A、转子时间常数为 1.34s 时,其性能为最优。     

HL-2M 装置烘烤系统管路应力的仿真分析与优化

根据 HL-2M 装置烘烤系统管路设计,建立烘烤系统的管道应力计算模型。对烘烤系统管路作初始 支架设计,并采用系统内的最高温度分布,对烘烤系统进行热应力计算,分析管道应力及设备管口载荷。以热应 力计算结果为依据,对管路布置进行优化,并改善支架的设计,对烘烤系统进行应力校核计算,完成烘烤系统可 靠性验证计算,完成了管口位移量计算。     

ITER极向场PF6磁体支撑冷却系统的优化设计及制造

提出了深孔钻直冷方案用于优化 ITER 极向场 PF6 磁体支撑冷却系统设计。采用有限元分析方法, 从换热效率、流体压降、结构强度等方面对流道数量和孔径进行了最优化设计。结果表明,9 条直径 10mm 的冷 却流道可以达到最佳的冷却效果。同时,在服役环境下支撑部件的机械强度和温度分布、流体的运行参数均能满 足 ITER 磁体支撑的设计要求。目前所有 PF6 磁体支撑已完成了制造和检验,并顺利交付 ITER 组织。      

HL-2M 磁体系统安装中的定位与测量

为提高磁体系统安装精度,在 HL-2M 集成大厅建立 63 个基准点构成测量基准网,并利用激光跟 踪仪等高精度测量设备建立每个磁体的局部坐标系,测量特征点的局部坐标;基于测量基准网和公共测量点,采 用最佳拟合得到坐标转换矩阵,以此得到特征点在测量基准网的位置,指导磁体安装。完成安装后的中心柱同支 撑基础的同轴度为∅2.03mm;PF1~PF4 线圈安装标高偏差为±0.5mm,与中心柱的同轴度为∅2.60mm;PF5/6/7/8 线圈与中心柱的同轴度偏差小于∅3.00mm,标高偏差在[−1mm, 1mm]区间内。基于以上方法所得到的线圈安装精 度都满足设计需求。     

HL-2M 实验网络与数据管理系统的设计与实现

HL-2M 网络与数据管理包含了实验网络系统、数据存储与备份系统,以及实验数据库与实验信息管 理系统等。实验网络系统是装置运行的支持骨架,为各子系统提供互联通道和信号传输能力;数据存储与备份系 统为托卡马克实验提供数据的存储管理与容灾备份服务;实验数据库系统为元数据与科学数据提供了高效的检 索、访问与管理;实验信息管理系统为装置各子系统提供了参数配置管理、运行日志记录与运行值守管理,实现 了实验运行管理信息化,提高了实验运行效率。