CFETR CS模型線圈低溫測(cè)試平臺(tái)的真空室及傳輸線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、聚變能因清潔、安全、原料儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)成為解決人類能源問(wèn)題的一條重要途徑。迄今為止，世界上最大可控核聚變?cè)囼?yàn)反應(yīng)堆—ITER，由7個(gè)國(guó)家/地區(qū)共同組建。中國(guó)作為參與方之一，在吸收和消化ITER關(guān)鍵制造技術(shù)的同時(shí)，也在開(kāi)展自己的聚變實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)(CFETR)。中心螺管線圈(Central SolenoidCoil)作為CFETR的關(guān)鍵部件之一，需滿足最高達(dá)12T的磁場(chǎng)及每秒上T的磁場(chǎng)變化率的要求。因?yàn)槲覈?guó)沒(méi)有中心螺管線圈制造經(jīng)驗(yàn)，所以我們提

2、出了開(kāi)展CFETR CS模型線圈關(guān)鍵技術(shù)的研究工作，即采用與CFETR CS原型線圈相同結(jié)構(gòu)的CICC繞制成的CS模型線圈，確保和CFETR CS線圈具有相同的科學(xué)目標(biāo)和物理參數(shù)。在完成CFETR CS模型線圈的研制后，對(duì)模型線圈進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估模型線圈的性能。而測(cè)試實(shí)驗(yàn)需要建立一個(gè)大型低溫測(cè)試平臺(tái)，平臺(tái)包括大型真空室及內(nèi)置部件、低溫系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、電流引線、傳輸線等。針對(duì)低溫測(cè)試平臺(tái)的真空室和傳輸線，本文進(jìn)行了較為詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、和強(qiáng)度分析研究工作。
　　真空室是CFETR CS模型線圈低溫測(cè)試平臺(tái)的主要部件之一，主要作用是為測(cè)試線圈、冷屏等低溫部件提供一個(gè)高真空、近似絕熱的工作環(huán)境。真空室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需滿足設(shè)計(jì)要求，且考慮到結(jié)構(gòu)件一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和材料使用條件等，主要包括:壁厚值的理論計(jì)算和評(píng)估、連接法蘭設(shè)計(jì)和強(qiáng)度評(píng)估以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)真空室正常運(yùn)行或發(fā)生故障時(shí)所遇到的狀況，研究真空室所承受的載荷類型和大小（主要為重力載荷、壓力載荷以及地震載荷），對(duì)真

4、空室在不同載荷組成的工況下進(jìn)行了詳細(xì)的應(yīng)力分析計(jì)算和強(qiáng)度評(píng)估。從分析結(jié)果來(lái)看，真空室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的、安全可靠的。
　　真空室主要內(nèi)置部件為冷屏和結(jié)構(gòu)支撐。針對(duì)設(shè)計(jì)要求，材料為304不銹鋼。選用合適尺寸的冷屏和結(jié)構(gòu)支撐在保證冷屏和結(jié)構(gòu)支撐機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，也要保證兩者的漏熱量在一定可接受范圍。對(duì)冷屏和結(jié)構(gòu)支撐在不同載荷組成的工況下進(jìn)行了詳細(xì)的應(yīng)力分析計(jì)算和強(qiáng)度評(píng)估。且在“最苛刻”的工況下，冷屏和結(jié)構(gòu)支撐的最大應(yīng)力值均滿足材料的強(qiáng)度

5、要求，冷屏和結(jié)構(gòu)支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。
　　傳輸線作為CFETR CS模型線圈低溫測(cè)試平臺(tái)的重要組成部分，主要用于連接高溫超導(dǎo)電流引線和測(cè)試線圈，實(shí)現(xiàn)測(cè)試線圈的勵(lì)磁電流傳輸。傳輸線從材料選擇、電絕緣設(shè)計(jì)、低溫位移補(bǔ)償設(shè)計(jì)、支撐設(shè)計(jì)以及外真空管和冷屏設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)傳輸線在不同載荷組成的工況下進(jìn)行了詳細(xì)的應(yīng)力分析計(jì)算和強(qiáng)度評(píng)估，且在“最糟糕”的工況下，傳輸線的不銹鋼鎧甲和絕緣層的最大等效應(yīng)力值均滿足材料的應(yīng)力許用值，