HT-7U纵场线圈盒样品制造焊接小结.PPT

EAST纵场线圈盒坯件结构及总体要求 * * 超导纵场磁体结构总体设计 EAST装置将用来有效地开展稳态、安全、高效的托卡马克核聚变反应堆基础物理问题的实验研究。作为装置中最重要部件之一的超导纵场磁体结构系统，其作用是产生稳态的主约束磁场来约束高温等离子体。超导纵场磁体系统是由十六个D型线圈沿环向排列而成的环体，线圈之间靠线圈盒两个楔形面楔形挤紧，形成前后拱以抵抗来自极向场的垂直磁场和纵场本身电流产生的强大的电动力。 超导纵场磁体线圈盒结构设计 纵场线圈盒采用强度焊和密封焊两种形式。其支撑方式为：以纵场线圈盒直线段处相互挤紧的方式形成内拱来承受纵场磁体系统的强大向心力；以线圈盒外侧圆弧段之间的上下环向楔状结构中的键销结构来抵抗由倾覆力矩带来的剪切力。纵场线圈盒作为极向场系统（含中心螺管部分）的支撑基础，因此纵场线圈盒及其外侧环向楔状支撑设计为筋板加强式箱式结构。为了阻隔在纵场线圈结构系统的大环方向形成的涡流，在纵场结构设计中在线圈盒的直线段挤紧部位和其环向楔状支撑之间加设绝缘隔缝。纵场线圈的垂直高度为4米而径向宽度为2.644米以及环向宽度为0.3474米，其线圈盒是采用低温下高强度的不锈钢316LN板材焊接而成，板材的厚度是不相等的，其中直线段外环侧板的壁厚为63.3mm，线圈盒的两边侧板的厚度为30mm，内环板的厚度为25mm。为了加强线圈盒的冷却，在线圈盒的外表面上开凿了14条冷却槽，并钎焊上截面尺寸为22mm ×8mm 的316LN冷却扁管。 超导纵场磁体结构所受电动力分布 纵场磁体系统中每个D型线圈将通以14.4077KA电流时，将在大半径R=1.7米处产生中心场强为3.5T。 同时该系统中每个纵场线圈在其自场作用下将受到 989.366吨的向心力（指向大环中心）。此外每个纵场线圈所受垂直于赤道面的张力（一半）为701.375吨。 当纵场线圈将通以14.4077KA的运行电流，由极向场和等离子环所建立的磁场而引起的面外电动力对纵场磁体作用产生倾覆力矩，在极向场系统的超导磁体在装置实验过程中的放电波形区间为从0.0s开始励磁17.64s放电结束这段期间内t=13.64 s时刻为最大，其值分别为288.3098吨·米 。 超导纵场磁体结构所受应力分布 整个纵场超导磁体在正常运行时都将承担面内和面外的电动荷载，需进一步分析其应力分布情况，为此建立起1/16纵场磁体系统的三维有限元分析模型，在模型中可认为纵场线圈盒与绕组是完全的粘结耦合，这就意味着绕组上所受的各种电动力可以有效地传递给高强度的盒体，而绕组与盒体之间不考虑摩擦效应。有限元模型的约束情况为：线圈直线段楔形面的法线方向约束来模拟楔形挤紧。考虑极向场对纵场线圈的运行电流的作用而产生的倾覆力矩和由纵场线圈本身不同的运行电流带来的向心力来作为载荷条件。经计算，最大冯·米塞斯应力为349.5MPa, 出现在该模型