HL-2M装置真空室设计与分析-核聚变与等离子体物理.PDFVIP

第 34 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.34, No.3 2 0 1 4 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2014 文章编号：0254−6086(2014)03−0219−05 HL-2M 装置真空室设计与分析 冉 红，曹 曾，蔡立君，李 勇，袁应龙 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：HL-2M 装置真空室为 D 型截面，双侧薄壁为全焊接结构，内环直径为 2m ，外环直径为 5.22m ，环 高 3.02m ，真空室由内壳、外壳、加强筋以及各种形式的窗口组成。整个真空室由 20 个扇形段焊接而成，材料采 用 Inconel 625、Inconel 718 与 316L 组合形式。运用有限元法对真空室进行了结构强度评估，通过对危险工况进 行分析计算得知真空室满足工程设计要求。 关键词：真空室；结构设计；强度分析 中图分类号：TL62+8 文献标志码：A 1 引言 b. 真空室内壁上能安装内部部件，如低温泵、 根据中国受控核聚变研究的发展需要，中国环 偏滤器、内线圈、石墨块等； 流器二号 A 装置(HL-2A)将改造升级成 HL-2M 装 c. 真空室上需有足够数量、大小不等、位置不 置。新装置以开发聚变能、研究高品质(高参数)等 同的密封性能良好的窗口，以提供各种二级加热、 离子体和聚变堆的科学技术为目标，通过优化装置 诊断、抽空、引线等使用； 工程结构挖掘装置潜力，具有更灵活的实验和运 d. 材料必须有高的机械性能，导磁率 μ＜1.04， 行。在主机系统的改造升级中，真空室是其中的主 且材料具有低出气率和低活性； 要部件之一。由于 HL-2A 装置真空室自身的结构 e. 要有足够高的环向电阻(≥130μΩ) ，以利于初 和参数限制了等离子体截面形变和等离子体体积 始室内气体击穿和等离子体初始电流的形成；另 的扩展，两半环合车法兰结构也限制了真空室烘烤 外，有利于外部快反馈控制的实现； 温度的提高[1] 。为了开展更加前沿的聚变试验研究， f. 结构力学上必须保证能满足包括重量、气 真空室需要从结构和尺寸等方面进行重新设计，满 压、冷热媒质压强、温升、涡流电磁力尤其是大破 足装置工程、物理方面要求，为获得更优秀的等离 裂中瞬时电磁力冲击等不同工况下要求。 [2~4] 2.2 真空室的结构设计 子体品质创造条件 。 按照设计要求，HL-2M 真空室采用“D”型截 2 HL-2M 真空室设计 面的双层-薄壁-全焊接式结构，如图 1 所示，主要 2.1 真空室的基本功能和设计要求 由内、外壳体、夹层加强筋、支撑以及各种形式的 真空室是等离子体直接运行的场所，真空室的 窗口组成。真空室可分成 20 个扇形段，根据窗口 基本功能和要求如下： 和支撑的组合要求形成 18°、36°和 54°扇形段焊接 a. 为等离子体运行提供优质的超高真空条件： 组件，组件间再通过两端的端板焊接连成一个整 −6 −7 3 −1 环，这种全焊接式结构可以使真