CFETR偏濾器模塊及其遙操作兼容結構的設計與分析.pdf

1、作為真空室里重要的內部部件之一，偏濾器模塊在聚變反應堆中具有重要的作用，它能夠排除聚變反應產生的雜質、氦灰和熱量。但由于真空室內高溫、高輻射的環(huán)境，偏濾器模塊等在真空室內的內部部件非常容易損壞，因此需要對它們進行定期維護、更換。而維護、更換內部部件不能由人直接進入真空室操作，而是需要通過操作人員在安全區(qū)域操縱計算機和機器人進行遠程操作完成，簡稱遙操作。
　　偏濾器模塊的遙操作系統(tǒng)包括偏濾器模塊、搬運工具、焊接工具、切割工具、末端執(zhí)

2、行工具等，而對于偏濾器模塊安裝/拆卸過程的兼容結構——支撐結構和冷卻水管，它們對偏濾器模塊的遙操作的完成具有決定性的作用。本文主要對CFETR偏濾器模塊遙操作的支撐結構和冷卻水管的焊接/切割進行了研究，基于空間自由度的理論基礎和剛體穩(wěn)定性基礎，提出了四種設計方案，并且根據CFETR窗口的設置，將每個窗口分配3個偏濾器模塊進行遙操作維護:一個中間偏濾器模塊，兩個第二偏濾器模塊。但由于等離子體的不穩(wěn)定性，容易破裂產生Halo電流和Eddy電

3、流，進而產生電磁力。這對新設計的支撐結構提出了很高的要求:不僅要滿足遙操作的要求，即高效率、可靠性等，還要能夠滿足結構強度的要求，能夠在電磁環(huán)境下將偏濾器模塊固定在軌道上。在電磁分析時，由于等離子體在16ms時間內破裂，所以提出了四種工況進行了分析:一、只有Halo電流;二、只有Eddy電流;三、Halo電流引起的電磁力最大時和Eddy電流進行耦合;四、Eddy電流引起的電磁力最大時和Halo電流進行耦合。根據四種工況的分析結果，對支撐

4、結構，特別是內支撐進行了優(yōu)化確保其滿足工作要求。
　　然后在虛擬環(huán)境中，根據不同設計方案遙操作過程的不同，在不同的窗口環(huán)境里，設計了偏濾器模塊進出真空室窗口和安裝過程的流程圖。根據流程圖，對偏濾器模塊的遙操作安裝過程進行了仿真，在仿真過程中，主要是驗證支撐結構設計的可行性，確保所設計的結構在虛擬環(huán)境中能夠工作，不影響偏濾器模塊的遙操作過程。
　　作為偏濾器模塊兼容結構的另一方面，冷卻水管需要考慮的是如何和外界的冷卻水管進行連