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

1、聚變能因清潔、安全、原料儲量豐富等特點成為解決人類能源問題的一條重要途徑。迄今為止，世界上最大可控核聚變試驗反應(yīng)堆—ITER，由7個國家/地區(qū)共同組建。中國作為參與方之一，在吸收和消化ITER關(guān)鍵制造技術(shù)的同時，也在開展自己的聚變實驗堆建設(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12T的磁場及每秒上T的磁場變化率的要求。因為我國沒有中心螺管線圈制造經(jīng)驗，所以我們提

2、出了開展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目標和物理參數(shù)。在完成CFETR CS模型線圈的研制后，對模型線圈進行一系列的實驗來評估模型線圈的性能。而測試實驗需要建立一個大型低溫測試平臺，平臺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。針對低溫測試平臺的真空室和傳輸線，本文進行了較為詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3、和強度分析研究工作。
　　真空室是CFETR CS模型線圈低溫測試平臺的主要部件之一，主要作用是為測試線圈、冷屏等低溫部件提供一個高真空、近似絕熱的工作環(huán)境。真空室的結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足設(shè)計要求，且考慮到結(jié)構(gòu)件一般設(shè)計準則和材料使用條件等，主要包括:壁厚值的理論計算和評估、連接法蘭設(shè)計和強度評估以及開孔補強結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)真空室正常運行或發(fā)生故障時所遇到的狀況，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），對真

4、空室在不同載荷組成的工況下進行了詳細的應(yīng)力分析計算和強度評估。從分析結(jié)果來看，真空室的結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理的、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。針對設(shè)計要求，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)支撐機械強度的同時，也要保證兩者的漏熱量在一定可接受范圍。對冷屏和結(jié)構(gòu)支撐在不同載荷組成的工況下進行了詳細的應(yīng)力分析計算和強度評估。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度

5、要求，冷屏和結(jié)構(gòu)支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計符合要求。
　　傳輸線作為CFETR CS模型線圈低溫測試平臺的重要組成部分，主要用于連接高溫超導電流引線和測試線圈，實現(xiàn)測試線圈的勵磁電流傳輸。傳輸線從材料選擇、電絕緣設(shè)計、低溫位移補償設(shè)計、支撐設(shè)計以及外真空管和冷屏設(shè)計等幾個方面進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。對傳輸線在不同載荷組成的工況下進行了詳細的應(yīng)力分析計算和強度評估，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，