ITER低温泵外部容器的结构设计与应力分析.PDF

第 36 卷 第 2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.2 2 0 1 6 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2016 文章编号：0254−6086(2016)02−0181−07 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201602014 ITER 低温泵外部容器的结构设计与应力分析 1, 2 1 1 谢 韩 ，宋云涛 ，王松可 (1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031 ；2. ITER 国际组织，法国 13067) 摘 要：ITER 低温泵需要定期再生循环以去除吸附的气体，处于安全考虑氢的累计体积摩尔浓度不能超过 −3 3 1.5mol⋅m ，从而使得再生的容积必须不小于 15m ，需要额外设计容器结构以提供足够的再生容积，同时兼顾支 撑和密封的作用。介绍了 ITER 低温泵外部容器的结构与功能，并运用有限元分析方法对其不同载荷状况进行了 数值计算，为其结构设计与优化提供了理论依据。 关键词：托卡马克；低温泵外部容器；热载荷；有限元 中图分类号：TL62+8 文献标识码：A 1 引言 边界以及氚屏蔽；满足真空低温泵的远程遥控操作 ITER 是目前在建的国际上最大规模的全超导 和维护的要求；为等离子体诊断及充气系统等提供 托卡马克装置，将可以开展托卡马克稳态运行及大 进入真空室的通道。 大改善等离子体约束性能的研究工作，以探索适合 由于外部容器焊接在外真空杜瓦壁上，它将和 先进反应堆运行的模式。为了满足诊断、加热以及 外真空杜瓦一道经受复杂的载荷工况，包括正常运 远程遥控操作等要求，它的主机系统在上中下 3 个 行以及故障态下的压力，温度以及磁场等变化。另 高度各开有尺寸不一的窗口。其中 6 个下窗口安装 外做为核安全装置，地震载荷也必须在设计中充分 有 6 个真空低温泵对真空室进行抽真空。由于低温 考虑。 泵的工作模式决定了其需要定期再生循环以去除 吸附的气体。在这个过程中由于氢和氧混合存在爆 2 外部容器的结构设计 燃危险，处于安全考虑通过计算得出氢的累计体积 ITER 低温泵及其外部容器、外真空杜瓦及真 摩尔浓度不能超过 1.5mol⋅m−3，从而使再生的容积 空室剖面图如图 1 所示。外真空杜瓦外部，低温泵 3 ，需要设计额外的容器结构以提供 及其外部容器侧视图如图 2 所示。 要求达到了 15m 足够的再生容积，同时兼顾支撑和密封的作用。 为了提供初级真空边界以及氚屏蔽，在真空低 真空低温泵插入外部容器中，通过法兰密封固 温泵和外部容器的联接法兰上运用了螺栓联接加 定。外部容器则焊接在外真空杜瓦壁上，通过其波 双层金属密封的结构。外部容器的法兰必须达到尺 纹管与真空室窗口延长段相连接，从而使得低温泵 寸和公差的要求，密封面的平面度要达到 0.8µm ， 与真空室连通。在外真空杜瓦外部，低温泵通过连 同时垂直度误差小于 0.09mm ，以满足真空密封的 接管路及阀门与外部容器相连。