EAST铰链式机械臂真空存储舱CASK系统研制

总体描述了EAST机械臂真空舱系统设计,介绍了实现进展情况。EAST铰链式机械臂是用于在不破坏EAST内部真空环境下对第一壁内部进行近距离观测、快速维修的一种检修工具。考虑到对EAST铰链式机械臂的存储、支撑以及工作条件,需要设计和制造出一个密封的真空舱系统。该系统可以在真空条件下通过一个直径为250mm的连接端口连接到EAST主体机构上。系统设计主要分为真空存储舱CASK腔体、真空系统以及烘烤系统三个部分。     

EAST真空室内巡视系统的真空性能研究分析

介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理,并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析。获得了在有效抽速为1064L•s^–1的条件下,IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10^–3Pa。为优化IVVS真空性能,结合材料放气率试验,将部分材料更换为放气率低的材料,对系统进行烘烤处理,并对其中的相关结构提出了优化方案。优化后系统的真空性能有明显提高,在同等抽速条件下的极限真空度在1×10^–4Pa范围内,能够满足EAST接受的真空环境要求。此外,抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能。     

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介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理,并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析.获得了在有效抽速为1064L·s–1的条件下,IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10–3Pa.为优化IVVS真空性能,结合材料放气率试验,将部分材料更换为放气率低的材料,对系统进行烘烤处理,并对其中的相关结构提出了优化方案.优化后系统的真空性能有明显提高,在同等抽速条件下的极限真空度在1×10–4Pa范围内,能够满足EAST接受的真空环境要求.此外,抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能.     

基于实验物理与工业控制系统的EAST真空抽气及加料控制系统设计

介绍EAST 真空及加料监控系统底层和顶层的架构设计、连锁保护设计、运行模式设计以及系统部署。在底层架构中,真空抽气和加料监控系统分别采用两套相互独立的光纤环网拓扑,构成双光纤环网结构。顶层设计主要采用符合大科学装置规范的实验物理与工业控制系统(EPICS)架构。系统设计主要特点是将底层双光纤环网结构拓扑和顶层EPICS 架构相结合,构建了大型分布式真空抽气和加料数据采集与监视控制系统。测试结果表明整套监控系统运行稳定可靠,该监控系统不仅为EAST 装置实验提供了可靠支撑,同时也为未来其它大科学装置的监控系统构建提供参考和借鉴。     

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提出一种基于双缓冲的中断式数据采集、文件分割式存储以及文件合并式数据显示方法,解决了EAST低杂波系统数据量大幅增加后数据采集、储存和显示的问题。此方法在首次EAST低杂波放电中的应用令人满意。     

快速真空紫外光谱诊断在EAST实验的初步应用

为了在EAST装置上开展高参数放电条件下边界杂质辐射的实验研究,发展了真空紫外(VUV)光谱诊断系统.该系统采用了焦距为200mm的Seya-Namioka型VUV光谱仪,并配备了600g·mm-1凹面全息光栅,所能观测的波长范围为50～700nm,覆盖真空紫外、近紫外和可见光波段.系统在垂直方向的观测范围为Z=-35...     

EAST 六自由度内窥机械臂的逆运动学算法研究

为了实现 EAST 装置真空室内的内窥多关节机械臂的实时高精度控制,提出了一种逆运动学算法,即建立机械臂多变量的方程组,转化成为矩阵的特征值问题求解。为了验证和满足实际控制的需要,还基于 VC++6.0 开发了 MFC 运动学算法程序。结果表明,该算法能在 ms 级别内得到机械臂的所有运动学逆解。     

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为了实现 EAST 装置真空室内的内窥多关节机械臂的实时高精度控制,提出了一种逆运动学算法,即建立机械臂多变量的方程组,转化成为矩阵的特征值问题求解。为了验证和满足实际控制的需要,还基于 VC++6.0 开发了 MFC 运动学算法程序。结果表明,该算法能在 ms 级别内得到机械臂的所有运动学逆解。     

中性束注入器低温真空系统运行参数调节研究

采用大抽速低温泵作为中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)真空系统的主抽泵已成为当前NBI发展的趋势,为确保NBI低温真空系统的真空性能满足运行要求,需研究其运行参数调节的依据与措施.根据全超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)的NBI对真空性能的要求,确定了液氮、液氦管路出口合适的运行温度和压强范围.分析液氮和液氦管路出口压强改变的原因,设计出维持该运行条件而必须采取的调节措施,得出了压强改变原因判断及解决流程图,并利用该流程图进行了实验验证.结果 表明,对液氮管道出口压强和温度改变的原因分析正确,设计相应的解决流程合理可行.     

EAST 2kW/4K氦制冷机检漏及真空系统运行情况

介绍EAST超导托卡马克2kW/4K氦制冷机的检漏方法及检漏过程,制冷机的真空系统及运行情况,指出关于大型氦低温系统检漏要注意的一些问题。     

“神光-Ⅱ”第九路终端光学系统稳定性分析

 在“神光-Ⅱ”装置上进行先进高能多功能激光束系统(简称第九路)研制工程中，由于在原ICF靶室上又增加了输入“汤姆逊探针光”和“X光背光照明探针光”的锥形真空套筒及其终端光学元件，导致原有靶室结构的变化，可能会引入新的不稳定因素。通过有限元分析方法，建立有限元分析模型，进行优化设计。通过位移传感器测量结果可知，第九路终端光学元件径向窜动所引起的打靶误差最大值为2.110 μm，小于“神光-Ⅱ”靶场终端光学系统的最大允许误差值7.785 μm。     

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鉴于EAST ICRF天线真空密封性和基于实验移动的要求,可移动支撑被设计用来支撑ICRF天线前部重量。通过理论计算公式对天线支撑结构进行计算,给出了不同截面尺寸、不同移动距离下支撑杆应力和变形情况。用有限元分析方法进行分析,分析结果和理论公式计算结果非常相近,满足设计要求。计算结果为支撑杆优化设计提供理论指导,计算方法为同类装置的支撑结构提供有益的借鉴。     

EAST链式维护机械臂伺服控制系统设计

针对链式维护机械臂(EAMA)运行环境的特殊性,对其伺服控制系统进行设计和实现。在控制结构上,系统在基于分布式控制结构的基础上采用了一种新的伺服系统解决方案。在控制策略上选用了高性能PIC单片机进行了硬件电路的设计,并采用了位置、速度双闭环控制算法以实现对机械臂的每个关节的高精度位置伺服控制。通过实验验证了该系统能够满足机械臂的运行要求,且具有良好的动态性能和稳态性能。     

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针对链式维护机械臂(EAMA)运行环境的特殊性,对其伺服控制系统进行设计和实现.在控制结构上,系统在基于分布式控制结构的基础上采用了一种新的伺服系统解决方案.在控制策略上选用了高性能PIC单片机进行了硬件电路的设计,并采用了位置、速度双闭环控制算法以实现对机械臂的每个关节的高精度位置伺服控制.通过实验验证了该系统能够满足机械臂的运行要求,且具有良好的动态性能和稳态性能.     

真空冷却过程中真空室内温度变化的实验研究

以熟肉为实验材料,对真空冷却过程中真空室内温度变化进行了实验研究。结果发现:真空冷却过程中真空室内的温度会出现一些波动,其变化过程可以分为四个阶段:真空室内的温度从15.8℃一直降低到10.7℃;然后从10.7℃升到最高的19.1℃;随着产品温度的降低以及真空室内压力的降低,真空室内的温度从最高的19.1℃降低到最低的6.1℃;最后,由于真空室内放气阀的开启,使得真空室的温度从最低的6.1℃升高到最终的13.1℃,一直保持在真空冷却过程结束。     

EAST真空室内磁场模型的建立与验证

利用毕奥萨伐尔定律,通过对EAST内部等离子体电流的运动状态的研究,建立了EAST内部的磁场数学模型,并利用Matlab对实验数据的拟合分析,对模型进行了分析验证。通过误差分析,进而改进模型,研究表明改进后的模型与实验数据能较好吻合,误差较小。相关研究和结论对托卡马克真空室内磁场测量具有一定的指导意义,为进一步研究基于MEMS技术的超导托卡马克装置电磁测量诊断系统的微纳磁敏传感器奠定理论基础。     

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。