HL-2M装置低温冷凝泵在抽气工况下的热负荷分析

采用理论计算和有限元实体模型的方法,对HL-2M装置低温冷凝泵及与其相连接的真空穿透结构进行了温度分布和液氦管热负荷分析。结果显示,低温冷凝泵中液氦管的热稳态热负荷为5.45W,粒子沉积的热负荷为75.68W,真空穿透部分的热负荷为5.04W。所得结果为后续的热应力分析、低温泵流速控制和低温系统的设计提供了参考。     

HL-2M 装置真空抽气系统的研制

HL-2M 装置真空抽气系统包括 4 套涡轮分子泵机组和 4 套低温泵机组。辅助系统主要由设备逻辑 控制与信号测量、水冷却循环系统和设备供气系统 3 部分组成。真空室经过 100℃烘烤后真空度达到 2.3×10⁻⁶Pa, 超过了设计预期真空度,满足超高真空技术要求。     

HL-2M托卡马克装置低温控制系统初步设计

首先介绍HL-2M托卡马克装置低温系统的组成。根据低温系统的特点和控制功能的要求,初步设计了HL-2M托卡马克低温控制系统的硬件结构以及软件应用。基于西门子S7-300/400 PLC(可编程控制器)的DCS(集散控制系统)构成HL-2M托卡马克低温控制系统的主体。同时对整个报警联锁保护系统进行了初步设计,使得系统具有很强的可靠性、准确性和安全性。     

NBI综合测试台后低温冷凝泵热负荷分析与计算

NBI综合测试台的建立,是为了对未来用于EAST装置的中性束注入器(NBI)进行性能测试并进行相关物理实验。低温冷凝泵是为NBI提供稳定的动态真空环境的重要部件,低温泵的工作状况直接关系到束的传输效率。结合后低温冷凝泵的工作情况,对其进行了热负荷计算,并对影响热负荷的一些因素进行了分析,为后续的热应力分析和低温系统的设计提供参考。     

HL-2M托卡马克装置低温液氦系统的初步设计

根据中国核聚变研究的发展需要,核工业西南物理研究院正在建造HL-2M托卡马克装置作为等离子体物理和受控聚变工程技术研究的实验平台。依计划,HL-2M装置将采用低温液氦系统为三台中性束低温泵、两台环形低温泵以及一套电子回旋共振加热系统提供共500W@4.5K的冷却。该低温系统由氦液化车间,氦回收纯化循环系统和低温用户的供给分配系统三部分组成,将兼顾超临界氦冷却模式和迫流冷却两种模式。由于每个用户都有特殊的工作要求,除电子回旋共振加热系统外,该系统为每个用户配置了独立的复合传输管线和低温分配阀箱,以减少用户间的互相干涉,确保低温用户安全稳定的运行。文中对此低温系统进行了分析研究并作出初步设计。     

HL-2M装置雪花减偏滤器热疲劳分析

利用SOLPS软件,采用有限元数值计算方法,模拟计算了HL-2M装置雪花减偏滤器靶板上热负载分布,分析了偏滤器温度及热应力分布,并使用ITER内部器件设计评判标准对HL-2M偏滤器结构进行热疲劳寿命的评估。结果表明,在低周循环下靶板大部分区域不会经历严重的塑性疲劳,但距离外侧抽气口4mm位置拱顶区域循环寿命约为1963次。模拟结果对HL-2M装置偏滤器设计具有一定参考意义。     

HL-2M 装置供电系统研制

为满足 HL-2M 装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算 HL-2M 装置的总体供 电需求,考虑到 HL-2A 装置现有的供电系统设备,提出了兼顾 HL-2A 和 HL-2M 装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台 300MVA 立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。     

HL-2M 装置真空室设计

HL-2M 真空室结构为“D”形截面的双层-薄壁-全焊接式-环状结构,内环直径 2m,外环径 5.22m, 高 3.02m,由 20 个扇形段组成而成。真空室上开设有 121 个窗口以满足真空抽气、实验诊断、辅助加热及工程安 装等方面的要求;支撑采用滑动杆式结构;材料选用 Inconel625、Inconel718 与 316L 组合。运用有限元法对真空 室进行了结构强度评估,真空室满足设计要求。     

HL-2M装置低杂波钛泵电流监测器的研制

选用Arduino nano开源硬件平台、OLED图形显示器和SD卡等器件,研制了钛泵电流监测器,实现了在非实验期间钛泵电流长期低速采集、存储和趋势图显示功能。同时启用内部中断和外部中断,提升采样频率到1k Hz,拓展了监测器的应用范围。测试结果表明,监测器趋势图与测试信号一致,最大采集误差为0.25μA。     

EAST装置内置低温冷凝泵低温分配阀箱的研制

在全超导磁约束核聚变试验装置EAST中,为了防止杂质从偏虑器靶板附近进入等离子体核心,为EAST长脉冲放电试验提供持续的排灰能力以及装置长冲放电等,低温冷凝泵是必不可少的部件之一,在装置真空室上下安装了内置低温凝泵以提高装置运行参数,为满足低温泵的低温条件,增加一低温分配阀箱给内置低温冷凝泵提供低温条件。文中介绍应用于EAST装置系统中的内置低温冷凝泵分配阀箱研制的技术要求、冷却流程、结构特征。     

HL-2M装置磁探针研制

介绍了 HL-2M 装置磁探针的研制,包括有效面积和极向布局的设计、骨架加工和探针绕制、有效面积和频率响应的标定以及定位安装。通过提高加工精度、有效面积的标定精度和定位安装精度,保证了磁探针系统的测量精度。目前,已经在 HL-2M 装置上完成了两组极向阵列的安装。     

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。      

HL-2M 装置冷却水系统介绍

介绍了 HL-2M 装置冷却水系统的组成以及各子系统的循环流程、运行原理和运行参数。      

大脉冲热负荷下HL-2A偏滤器靶板的热分析

HL－2A安装完成后,将以ASDEX最终的运行参数水平进行工程调试。本文研究了,在仅有欧姆加热和3.5MW中性束注入条件下,当HL－2A发生大不稳定性或巨ELMs爆发时,有水冷却和辐射冷却两种情况下不同板材料偏滤器板的温升和冷却时间。     

HL-2A装置与HL-2M装置控制处理研究与发展

2006年，围绕HL-2A装置实验控制、数据采集与处理，开展了高性能计算系统建设，基于EFIT代码的HL-2A等离子体位形重建以及若干大型代码的引进移植；实施了水平场电源部分有环流控制；设计制作了新型抗干扰采集器；开展了基于模拟信号脉冲识别的计数研究，在此基础上通过SDD诊断数据计算获得了等离子体电子温度；对HL-2A数据存储系统与实验网进行了全面升级，围绕HL-2M项目，开展了HL-2M位形和极向场线圈设计，HL-2M等离子体控制系统的预研．     

HL-2M装置反馈控制系统的设计

简要描述HL-2M控制系统的概念设计,主要对其中反馈控制部分作了介绍,重新编写了反馈控制程序。为了满足HL-2M装置对控制系统的进一步要求,重新设计了反馈控制系统程序。对其中一些功能的实现方法进行了设计改进,引入了由反射内存卡构建的实时通讯网络,并以此通讯网络为基础进行了反馈控制系统的架构布局。在Linux操作系统中,利用以前放电的实验数据,模拟测试了新的反馈控制系统。测试结果良好,满足预期要求。     

HL-2M 装置 CO2 色散干涉仪研制

研制了一套新型 CO₂ 激光色散干涉仪用于 HL-2M 装置初始放电期间的电子密度测量。该系统采用 基于激光倍频的色散测量原理,能够消除机械振动产生的相位误差。该系统使用全新的调相式信号调制,研发了 相应的数据采集/处理/上传系统。根据实验测量结果表明,CO₂ 激光色散干涉仪和微波干涉仪测量曲线基本一致, 色散干涉仪系统的测量精度约为 2×10¹⁷m⁻³,密度测量上限能达到 10²¹m⁻³。     

HL-2M装置偏滤器冷却系统设计与分析

建立了HL-2M装置偏滤器水冷流道的等效三维模型,模拟分析了冷却水系统负载的温度和压降.构建了冷却系统的一维流体模型,分析了冷却系统工程设计的水力参数,并与模拟结果进行了比较,结果符合得较好.     

HL-2M 装置主机安装工艺分析与研究

在 HL-2M 装置主机安装工艺方案制定和项目建设过程中采用 CAD&CAE 设计工艺分析方法,根据 各系统功能需求和安装进度需求,多次优化了主机安装工艺方案,对各系统之间的位置关系进行检查并对安装方 案进行了计算机辅助模拟,最终形成了完善的具有可实施性的安装工艺技术方案。对安装工艺方案进行了全面分 析与研究,总结论述了基准网的构建和关键部件的测量、绝缘与垫层工艺方案,装置核心区域磁导率控制等问题, 对未来聚变堆的建设与发展提供了有价值的设计和工艺参考。     

HL-2M 装置真空烘烤控制系统概述

HL-2M 真空烘烤系统采用两台可编程逻辑控制器(PLC)构成一个自动控制系统,根据工艺要求编制 相应逻辑程序来控制各执行机构,实现对系统加热器电功率、换热器热负荷以及阀门开度的程序调节,达到±2℃ 温升梯度的烘烤目的。PLC 与阀岛建立工业以太网(Profinet)通信协议,通过地址映射的方式控制进出真空室和偏 滤器的开关阀,调整烘烤系统的负载投入。