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ITER重力支撑的制造设计、认证测试及关键技术研究

张腾 张博 王宇 李鹏远 何祖娟 魏海鸿 孙振超 侯炳林 康道安

张腾, 张博, 王宇, 李鹏远, 何祖娟, 魏海鸿, 孙振超, 侯炳林, 康道安. ITER重力支撑的制造设计、认证测试及关键技术研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 265-269. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0265
引用本文: 张腾, 张博, 王宇, 李鹏远, 何祖娟, 魏海鸿, 孙振超, 侯炳林, 康道安. ITER重力支撑的制造设计、认证测试及关键技术研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 265-269. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0265
Zhang Teng, Zhang Bo, Wang Yu, Li Pengyuan, He Zujuan, Wei Haihong, Sun Zhenchao, Hou Binglin, Kang Daoan. Fabrication Design, Qualification and Key Technologies of ITER Gravity Supports[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 265-269. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0265
Citation: Zhang Teng, Zhang Bo, Wang Yu, Li Pengyuan, He Zujuan, Wei Haihong, Sun Zhenchao, Hou Binglin, Kang Daoan. Fabrication Design, Qualification and Key Technologies of ITER Gravity Supports[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 265-269. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0265

ITER重力支撑的制造设计、认证测试及关键技术研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0265
基金项目: 国家磁约束核聚变能发展研究专项(2008GB107000)
详细信息
    作者简介:

    张 腾(1987—),男,工程师,现主要从事ITER聚变堆关键部件研究,E-mail: zhangt@swip.ac.cn

  • 中图分类号: TL62+6

Fabrication Design, Qualification and Key Technologies of ITER Gravity Supports

  • 摘要: 重力支撑(GS)作为国际热核聚变实验堆(ITER)磁体支撑系统的关键部件,不但要承受环向场超导磁体净重以及交变的电磁载荷,同时还需隔离来自杜瓦环的热量以维持环向场超导线圈的热稳定性。本文通过有限元分析和工程测试验证了GS结构设计的可靠性;通过换热分析和真空热交换效率测试验证了热锚连接结构的可靠性;通过全尺寸螺栓77 K疲劳测试验证了螺栓原型件的疲劳性能。在随后的制造过程中,使用液压拉伸器和研制的高精度螺栓伸长量测量装置对所有的螺栓进行了均匀、精确地紧固。真空正压氦检漏的测试结果证明了GS的泄漏率远低于ITER的要求。基于以上工程测试的结果,本文设计的GS的结构是可行的且能运用于ITER装置中。

     

  • 图  1  ITER装置示意图

    Figure  1.  Sketch of ITER Device

    图  2  ITER磁体重力支撑设计示意图

    Figure  2.  Sketch of ITER Gravity Support

    图  3  ITER重力支撑在工况2下应力状态(模拟值)

    Figure  3.  Stress of Flexible Plate and Studs under Load Case 2(Simulation)

    图  4  带冷却管的韧性板稳态温度云图

    Figure  4.  Steady Temperature Filed of Flexible Plate Welded with Cooling Tubes

    图  5  GS热锚连接结构热交换效率

    Figure  5.  Test and Simulation Results of Thermal Anchor Cooling Performance

    图  6  螺栓伸长量专用测量工具示意图

    Figure  6.  Schematic Diagram of Bolt Preload Calibration and Stud Elongation Measurement Device

    图  7  GS真空正压氦检漏现场

    Figure  7.  Site for Positive Pressure Vacuum Helium Leak Detection of the GS

    图  8  GS重力支撑成品

    Figure  8.  Assembled Product of the GS

    表  1  ITER GS极端载荷工况[3]

    Table  1.   Load Combination Cases for ITER GS

    工况Ux/mmFy/kNFz/kNMx/(kN·m)My/(kN·m)Mz/(kN·m)
    1−3134−1741−1264−1467540
    2−311132−2834−94−991467
    3−31223740−864−1056355
    4−312311281−661−791271
      UxX方向的位移载荷;FyFzYZ方向上的力载荷;MxMyMzXYZ方向上的力矩载荷
    下载: 导出CSV
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    [3] FU Y K, GALLIX R, JONG C, et al. Structural assessment of the ITER magnet system gravity supports[J]. Fusion Engineering and Design, 2011, 86(6-8): 1389-1392. doi: 10.1016/j.fusengdes.2011.01.123
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-07
  • 修回日期:  2021-02-26
  • 刊出日期:  2021-08-15

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