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.     

超导线圈VPI过程动态模型分析

针对A15型超导磁体真空压力浸渍的实际需要,研究了超导磁体真空压力浸渍(VPI)的过程,并以渗流力学为基础对超导磁体恒温立式VPI动态过程进行了建模计算。由于浸渍树脂的流变特性会随时间变化,因此浸渍需要考虑到浸渍树脂的动态变化。对于浸渍中经常使用的两种低温性能良好的环氧树脂—DW3型和CTD101K型,采用流变仪对其流变特性进行了测量并以Arrhenius模型建立了固化模型。将树脂的固化模型带入恒温立式VPI动态模型进行计算,计算结果表明,浸渍区域的半径、浸渍温度、浸渍用环氧的种类和浸渍时间等因素都会影响到浸渍的最终结果。     

CRAFT TF中场线圈导体及内部接头电阻-温度特性研究

我国于2019年启动了国家大科学装置聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)的建设,环向场(Toroidal Field, TF)线圈是聚变堆主机关键系统综合研究设施的重要组成部分.TF线圈绝缘制造采用真空压力浸渍工艺实现,因TF线圈体量巨大,为使线圈绝缘固化时温度均匀,减少绝缘树脂固化热应力,拟采用导体电流加热的方式进行加热.TF中场线圈有三个内部接头,因此需要同时知道导体和内部接头电阻与温度之间的关系,以防内部接头局部过热,导致绝缘固化失败.本文将中场内部接头样件加热到线圈绝缘工艺温度,用直流四线法测量导体和内部接头在不同温度下的电阻,得到在303～443 K温度区间内导体和内部接头电阻-温度关系式.发现相同温度下,导体电阻大于内部接头电阻,同时分析了内部接头铜套以及铬层对电阻的影响.并根据测得的电阻-温度关系式,可以得到在不同温度下超导缆及内部接头产生焦耳热的能力,从而为超导线圈绝缘固化温度控制提供重要的参考依据.     

EMuS超导俘获线圈样机模型线圈的研制及测试

为了验证覆铝卢瑟福超导线缆的绕制工艺，在实验型μ子源(EMuS)超导俘获线圈样机正式生产前，须完成截面相同的300 mm短样模型线圈的研制和测试。本文介绍了EMuS超导俘获线圈样机模型线圈绕制生产线搭建、线圈绕制、线圈装配和VPI等工艺流程，并对VPI后的模型线圈进行了切割取样和测试，结果表明：模型线圈切片的线缆排列整齐、紧密，无气孔、干绝缘等缺陷；绝缘的电学性能和机械强度满足设计要求，模型线圈的绕制工艺满足EMuS超导俘获线圈样机制造的工程需求。     

液氮温区浸渍树脂材料电气性能研究

实现超导电力装置的低温高压绝缘,是保证超导系统和电网安全稳定运行的关键,绝缘材料在液氮中的电气性能将直接影响到超导电力装置的安全稳定运行.本文以中国电力科学研究院研制的液氮环境中使用的浸渍树脂材料为研究对象,针对不同的试验要求设计浸渍树脂材料的固化模具,并根据固化工艺流程制备所需的试验样品.对浸渍树脂材料在常温和液氮温区下的工频击穿、雷电冲击、相对介电常数、介质损耗角正切值进行了测试,为超导电力装置用低温高压绝缘材料提供依据和参考.     

高温超导线圈制备的绝缘技术研究

建立了电热耦合模型,根据热力学原理,以最大温度梯度为目标,对双饼线圈进行了三维有限元分析,为超导磁体的制备选择了一种性能良好的绝缘材料.为了探究仿真选型的绝缘材料对高温超导储能磁体电磁性能的影响,绕制了A、B两个双饼线圈进行了浸渍工艺实验研究,对线圈A、B分别采用了直接浸泡式和真空压力式浸渍进行绝缘处理,与浸渍固化前相...     

无绝缘高温超导线圈焊锡浸渍的可行性研究

无绝缘线圈在各种场合中被广泛地应用和研究。为让超导线圈能够应用于高机械强度负载的场合,超导线圈必须有稳定的机械特性。环氧树脂浸渍是保护超导线圈不受机械扰动的一种常用的增强机械稳定性的方法,但传统的环氧树脂是电绝缘的材料,这可能导致无绝缘线圈的匝间电阻(turn-to-turn contact resistance)变大。因此本文提出了一种新型的浸渍方法,利用导电材料焊锡来浸渍,研究了无绝缘(No-insulation)高温超导线圈焊锡浸渍的可行性。本实验制备了两个线圈来进行对比研究,一个是未浸渍的无绝缘线圈,另一个是用焊锡浸渍后的无绝缘线圈。充放电实验和突然放电实验都在77K的液氮下完成;最后基于集中等效电路,分析了焊锡浸渍对无绝缘线圈的特性电阻及时间延时的影响。     

HL-2M装置环向场线圈匝间绝缘工艺研究

为研究HL-2M装置环向场线圈的匝间的绝缘,利用拉伸剪切试验研究了浸胶玻璃毡布和环氧玻璃坯布在不同的压力作用下热烘焙固化后与铜板的粘接性能。结果表明,在不同结构组合和不同压力下,热烘焙固化后的匝间绝缘与铜板的粘接性能存在一定差异。HL-2M装置环向场线圈的匝间绝缘选取了浸胶玻璃毡布和环氧玻璃坯布间隔组合的结构,在8MPa压力下进行热烘焙固化,绝缘层与铜板的静态粘接强度达到24MPa,动态疲劳粘接强度与剪切试验循环次数有关。     

GSI加速器超导二极磁体的绝缘结构及其力学分析

主要介绍超导二级磁体的绝缘结构,绝缘材料的特性,绝缘结构的形成工艺(VPI)。用有限元分析软件ANSYS对绝缘结构进行了力学分析。     

高场铁基超导内插线圈制作工艺的研究

铁基高场内插线圈制作工艺及性能测试技术开发研究是进行铁基超导体设计的关键内容,其关系着制造的铁基超导体是否稳定可靠。在正式进行铁基线圈绕制前,开展了线圈绕制过程中相关力学分析以及全尺寸模型线圈的研制工作。本文对线圈绕制张力及线圈预紧力进行了计算并分析,同时详细地给出模型线圈的绕制、热处理、真空压力环氧浸渍(VPI)和装配等工艺方法与流程,解决绕制期间出现的问题。最终确定不锈钢带绕制张力取5 kg(49 N),铁基超导带材绕制张力取2 kg(19.6 N),线圈最大径向应力及最大轴向应力分别为23.5 MPa及78 MPa,均小于铁基带材热处理前抗拉强度200 MPa,模型线圈的绕制、热处理制度、VPI工艺及装配结果等均满足设计要求,验证了制作工艺的可行性。     

Plasma treatment of carbon fibers: Non-equilibrium dynamic adsorption and its effect on the mechanical properties of RTM fabricated composites

The effect of oxygen plasma treatment on the non-equilibrium dynamic adsorption of the carbon fabric reinforcements in RTM process was studied. 5-Dimethylamino-1-naphthalene-sulfonylchloride (DNS-Cl) was attached to the curing agent to study the change of curing agent content in the epoxy resin matrix. Steady state fluorescence spectroscopy (FS) analysis was used to study this changes in the epoxy resin at the inlet and outlet of the RTM mould, and XPS was used to study the chemical changes on the carbon fiber surfaces introduced by plasma treatment. The interlaminar shear strength (ILSS) and flexural strength were also measured to study the effects of this non-equilibrium dynamic adsorption progress on the mechanical properties of the end products. FS analysis shows that the curing agent adsorbed onto the fiber surface preferentially for untreated carbon fiber, the curing agent content in the resin matrix maintain unchanged after plasma treatment for 3 min and 5 min, but after oxygen plasma treatment for 7 min, the epoxy resin adsorbed onto the fiber surface preferentially. XPS analysis indicated that the oxygen plasma treatment successfully increased some polar functional groups concentration on the carbon fiber surfaces, this changes on the carbon fiber surfaces can change the adsorption ability of carbon fiber to the resin and curing agent. The mechanical properties of the composites were correlated to this results.     

HL-2M 真空室保温层设计及安装

基于 HL-2M 真空室烘烤保温要求，通过有限元分析和原型件实验确定采用陶瓷纤维与纳米级微孔材 料组合作为 HL-2M 真空室保温材料。在 30℃时，保温层的导热系数小于 0.027W⋅m⁻¹·℃⁻¹；300℃时，导热系数 小于 0.038W⋅m⁻¹·℃⁻¹。在保温层厚度 25mm、热面温度 300℃且达到稳态时，冷面可控制在 85℃以下，线圈侧的 温度低于 60℃，整体热损失小于 12kW，满足 HL-2M 真空室烘烤需求。      

Metal-based transparent heat mirror for ultraviolet curing applications

Metal-based transparent heat mirror for ultraviolet curing applications was designed in terms of induced transmission principle, good ultraviolet transparency and high infrared ray (IR) reflection properties can be obtained by the means of optimal layers design. After a comprehensive analysis to materials properties, TiO₂/Ag/TiO₂ nano-multilayers with a Ultraviolet (UV) transmission of 81% (at 365 nm) and an IR reflectivity of 90% (at 1600 nm) were designed and prepared by conventional evaporation. The multilayers exhibit a sharp interface between dielectric and metal layers by spectroscopic ellipsometry analysis. The experiment results prove that critical thickness of metal layer determined in light of admittance match and skin effect has no applicable meaning in long-wavelength UV region. Dependence of transmittance in near UV spectra on the thickness of metal layer is less sensitive than that in near IR. This transparent heat mirror can be applied in the “windows” of ultraviolet curing system for heat insulation.     

10T脉冲磁场的亥姆霍兹线圈热和力分析

亥姆霍兹线圈在产生数十T的准静态脉冲磁场的装置中得到广泛应用。以自行研制的一套用于磁压剪实验技术的脉冲磁场发生系统的亥姆霍兹线圈为研究对象,结合装置的电参数,利用有限元软件ANSYS对装置放电过程中线圈的热和力进行了仿真研究。研究结果表明,当装置在线圈中产生上升时间约1.34 ms、幅值14.37 kA的放电电流和10.7 T的磁场时,线圈中的最大温升约150℃,最大应力近0.5 GPa,铜导线中的最大应力约0.2 GPa,线圈导线变形位移小于0.05 mm。基于分析结果,在线圈制作时,选择绝缘层耐温超过200℃、抗拉强度0.5 GPa的铜导线作为线圈绕线,选择抗拉强度达5.8 GPa的柴龙纤维绕制在铜导线外层进行加固,并制作了相应结构的亥姆霍兹线圈对。利用该线圈对进行的放电实验测试结果表明,在满足设计指标的情况下,线圈对结实可靠,可重复使用。     

光纤环温度性能仿真分析

光纤环是光纤陀螺的核心器件,其稳定性和抗干扰能力直接影响光纤陀螺的整机性能。以光纤环的温度特性为研究对象,通过有限元分析确定光纤环中各单元点的温度梯度,以其为数据输入;以Shupe效应理论为数学模型,设计了光纤环温度特性分析软件,实现了有限元分析结果与陀螺输出（即正反两束光的相位差）两者的有机结合。根据不同的热辐射方式、有无缓冲层、不同的绕环方法以及光纤环不对称性等情况,对光纤环的温度性能进行了具体分析。     

新型腰果酚基不饱和树脂的结构及其紫外光固化行为的红外光谱研究

以天然产物腰果酚为原料,利用其酚羟基与环氧基的反应活性,通过开环醚化反应制备了两种腰果酚基不饱和树脂单体。通过傅里叶红外光谱研究了合成过程中主要活性基团的变化,结合核磁共振氢谱及凝胶渗透色谱分析进一步确定了合成树脂单体的分子结构,并利用红外光谱法对树脂单体的紫外光固化行为进行了研究,且对其光固化物进行了热重分析。研究表明：分子结构分析确认了目标产物的成功合成,树脂单体的分子结构以及不饱和双键含量对树脂的固化速度和固化物的热稳定性有着重要影响,两种单体在30 s内均已基本达到最高固化水平,光固化物的主分解初始温度均可达到350 ℃以上。     

ITER TF��Ȧ����ϵͳ������Ӧ����

对TF线圈馈线系统做了地震响应分析。利用ANSYS有限元软件对一个TF线圈馈线系统进行了模态分析与响应谱分析,得到了在地震载荷下的峰值响应(应力和位移)。最后,根据 ITER 磁体结构设计标准,对系统的最大Tresca应力进行了评估。结果表明,TF线圈馈线系统满足SC1抗震等级的要求。