HL-2M 装置环向场线圈的工程研制与调试

介绍了 HL-2M 装置环向场(TF)线圈的工程设计、关键制造工艺及其调试结果。目前,TF 线圈最大通电电流达到 42kA,对应 TF 线圈产生的磁场为 0.66T,满足 HL-2M 装置初始放电需求。      

HL-2M 装置环向场线圈中心轴倾角测量方法

通过测量HL-2M 装置环向场线圈指形接头及斜面接头上的若干个点的空间坐标,利用点到平面的距离最小二乘原则,对环向场线圈的外轮廓平面进行拟合。再利用各外轮廓平面与中心轴的空间位置关系,求解得出环向场线圈中心轴倾角。通过简化模型及数值模拟求解出在不同的空间点坐标测量标准差情况下的中心轴倾角。在空间点三维坐标低测量标准差的情况下(σ=0.05mm),拟合求得倾角的相对误差为0.10‰,相对标准偏差为 1.21‰。     

HL-2M 装置极向场线圈的结构设计与制造

介绍了 HL-2M 装置极向场(PF)线圈的结构设计和制造。16 饼 PF 线圈布置在环向场(TF)线圈空腔之 内、真空室外,沿中平面对称分布。PF 线圈采用中空矩形铜导体绕制,其中 PF1~PF4 线圈为双层螺旋绕制结构, 最大运行电流 14.5kA;PF5~PF8 线圈为多层盘式绕制结构,最大运行电流 38~42kA。      

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-2M环向场线圈的紧固件设计

针对HL-2M环向场线圈的紧固件的作用和力学性能要求,设计了各不相同的紧固件结构形式,并对各部件的材料、尺寸、螺纹形式、螺母型式、垫片型式、螺套型式等细节进行了相应的研究和选择。对膨胀螺栓的阴阳膨胀套结构进行了相应的模拟分析计算,并进行了相应的实验来验证膨胀螺栓结构的合理性。     

HL-2M环向场线圈电磁场和受力的计算分析

在建的HL-2M装置的环向场线圈采用了比特板式结构,介绍了采用封闭多边形电流丝模型计算分析HL-2M装置环向场线圈电磁场和纹波情况;环向场线圈电流与环向场引起的电磁力以及与极向场产生的倾覆力也做了计算。计算结果对环向场线圈的设计具有一定的参考意义。     

HL-2M环向场线圈的结构设计

设计了HL-2M 环向场线圈基本形状、特殊的指形接头和斜面接头以及馈线、绝缘结构和水冷回路。每个环向场线圈由L 形中心段、上弧段和外弧段分别通过指形接头和斜面接头组装成完整的D 形线圈。分段可拆卸的D 形线圈结构可以使得真空室和单个极向场线圈分别整体吊装到环向场线圈内侧。单根引线和双回线的馈线结构既能节省装置空间,又能降低杂散磁场。TF 线圈匝间绝缘500V,对地绝缘30kV。采用软焊在线圈旁侧槽内的铜管对线圈进行水冷以带走线圈放电产生的焦耳热。     

HL-2M极向场线圈电磁力的计算分析

在建的HL-2M装置的PF线圈采用了混合式结构。在放电过程中,线圈之间有很强的电磁耦合,每一个线圈都会受到很大电磁力的作用。采用解析法,在最大I_p=3MA等离子体电流和各种位形的放电条件下,计算分析了PF线圈受到的电磁力。这些计算结果对PF线圈及其支撑结构的设计都是具有参考价值的。     

HL-2M 环向场线圈水冷数值模拟与分析

建立了环向场线圈的水冷计算模型,根据热传导和对流换热方程进行了数值模拟分析。计算结果表明：指形接头与铜板的界面接触热阻和接触电阻对指形接头的温升影响较大,但在平顶电流为140kA 及其电流平顶7s 时,由焦耳热引起的最高温升40℃以下,故环向场线圈的温度均不会超过80℃,且15min 后TF 线圈温度均降至30℃以下。在平顶电流为190kA 时,线圈通电持续时间可根据界面实测接触热阻、接触电阻以及线圈初始温度来确定。     

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介绍了一种计算HL-2M装置环向场线圈自感的简捷方法，即用多个多边形电流丝模拟环向场线圈，用两个小直线段的互感求和代替多重积分，使问题得到简化。利用HL-2A装置的放电数据拟合计算了HL-2A装置环向场线圈的自感，从而验证了方法的正确性。     

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 实验数据分析与实时显示系统的设计与实现

HL-2M 实验数据分析系统提供了强大的远程信号处理计算和信息检索功能,系统采用先进的多层架 构,实现了所获即所需的数据远程传输,具有局域网和广域网的广泛应用。实时显示系统基于负载均衡的任务划 分,将数据处理和显示划分为多个任务、部署在多台计算机上;系统跟炮运行,能够自动、高效实时处理上千道 信号,并在多个大屏幕实时显示几百道关键信号曲线。     

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介绍了HL-2M环向场线圈的基本结构设计及其承受的电磁载荷,分析了水平预加载、中心柱预应力筒以及环向抗扭支撑对线圈匝间剪切应力的影响.结果表明,水平预加载及预应力筒在中心柱内产生的压应力有利于提高中心柱的抗扭刚度;环向支撑刚度增加可减小线圈的面内剪切应力.在正常运行工况下,环向场线圈的最大匝间剪切应力小于8MPa,其结构设计满足线圈强度要求.对于大破裂瞬态事件,匝间最大剪切应力约12MPa,接近绝缘材料的剪切疲劳极限,建议采取破裂抑制措施避免该情况发生.     

HL-2M 装置环向场线圈匝间绝缘工艺研究

HL-2M tokamak adopts the demountable toroidal field coils (TFCs) structure in order to assemble the vacuum vessel chamber and poloidal field coils (PFCs) integrally. TFCs are subjected to high shear force, which require high electrical performance and adhesive strength between the inter turn insulation and the copper plate. Baking and curing impregnated glass cloth and epoxy glass cloth under different pressure, then adhesive properties have been researched by shear tests. The results show that there are some differences in the adhesive properties between the turn to turn insulation and the copper plate under different structural combinations and different pressures. Appropriate structural combination and pressure of hot baking and curing were selected for TFCs.     

HL-2M 装置磁测量积分器设计

在核聚变实验中, 积分器是还原微分信号的基本手段,低漂移积分器系统的研制是托卡马克实验中 的重要环节。介绍了用于 HL-2M 装置磁测量的低漂移积分器系统。通过模拟与数字补偿相结合的方法减小漂移, 提高了信号间的测量精度。性能测试显示,积分器输出漂移小于 2mV/15s,积分时间常数精度优于 0.3%。该积分 器应用于 HL-2M 装置实验,满足磁测量系统的测量需要。     

HL-2M 装置中心螺旋管线圈结构和制造工艺概述

HL-2M 装置中心螺旋管(CS)线圈采用了 AB 两组交替缠绕、内外层轴向反向绕制的结构,AB 两组 引线对称引出。在中心螺旋管线圈制造过程中,开展了中空铜导线焊接工艺、绝缘包扎工艺、绕制工艺、内外层 跳线连接工艺、加热固化工艺等试验。研制的线圈满足对地主绝缘耐压 60kV、A/B 组匝间耐压 1kV 的设计要求。