CN105299367A - 一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统 - Google Patents

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庄会东
张晓东
胡建生
李雪芹
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
    • F16L41/02—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted
    • F16L41/03—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted comprising junction pieces for four or more pipe members

Abstract

本发明公开了一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，包括渐变式进气管路，渐变式进气管路圆形管口端连通至高压充气阀，渐变式进气管路矩形管口端设置有多孔隔板，还包括有发散式出气管路，发散式出气管路中各路气体分配管路一端一一对应连通安装至多孔隔板中孔径匹配的通孔处。本发明可以减小气体流阻，增大气体流速。可以调节各个气体分配回路的出气量。还可以进一步提高注入气体的利用效率，增强等离子体破裂缓解效果。

Description

一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统
技术领域
本发明涉及气体动力学及磁约束聚变领域，具体是一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统。
背景技术
在托卡马克放电试验中，由于等离子体控制、磁流体不稳定性、杂质、高能逃逸粒子等原因，使得等离子体的破裂难以避免。特别是在实现托卡马克聚变堆稳态运行的主要研究内容——维持稳态高参数等离子体的放电中，等离子体破裂放电会导致严重的破坏作用，如第一壁大的热负载，强的机械应力，大的逃逸电流等，甚至对偏虑器靶板、第一壁部件甚至装置造成严重损伤。虽然现有托卡马克放电的不同参数的运行极限已经有了深入的研究，并且可以控制托卡马克在“安全运行”区域而避免破裂发生，但是总有一些破裂难以避免，因此，为在高参数条件下避免或减小破裂对大装置造成的危害，开展等离子体破裂缓解的研究是很有必要而且是很重要的，也是当前托卡马卡等离子体物理研究的重点之一。
实验研究发现，在破裂发生前快速地向等离子体内部注入一定量的杂质气体，则可以把等离子体的破坏性降低到很低的程度，该种杂质注入方式已经成功世界上绝大多数托卡马克装置开展等离子体破裂缓解的主要方式，也是未来ITER进行等离子体破裂缓解的备选方案之一。
但是实验中研究发现，由于采用高压快阀注入快速注入的气体呈团簇的形式进入等离子体边界局部区域，从而导致注入的气体的利用效率过低，而且呈现很强的极向不对称性，大大的减弱了等离子体破裂缓解的效果。
为了解决以上困难，进一步注入气体的利用效率及增强等离子体破裂缓解效果，在快速充气阀（专利号：201110090285）成功研制的基础上，我们特别研发了一种等离子体破裂防护专用的一进多出型气体分配系统。该气体分配系统由渐变式进气管路、可调孔径的多孔隔板、发散式出气管路等三大部分组成，高压充气阀出来的气体通过渐变式进气管路后再通过一个可调节孔径的多孔隔板，然后通过一个发散式出气管路从各个出气管路喷射而出进入等离子体的不同区域，通过调节多孔隔板中孔径的比例可以调节每个出气管路的气体流量，这样一方面可以扩大气体的冷却面积，另外一方面可以更有效的提高注入气体的利用效率，更有利于提高等离子体破裂缓解的效果。
一进多出型气体分配系统的研制成功，对EAST托卡马克装置来说有着重要的意义，它的研制成功，为在EAST上进一步开展高压气体注入缓解等离子体破裂实验研究提供了更加高效的杂质注入工具。EAST作为在世界上第一个类ITER的全超导偏滤器装置，在其上进行破裂缓解实验，也可以为ITER聚变装置提供实验基础及数据参考与积累。
发明内容本发明的目的是提供一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，以提高注入气体的利用效率，增强等离子体破裂缓解效果。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：包括渐变式进气管路，所述渐变式进气管路为从圆形截面逐渐变化成矩形截面的管路结构，渐变式进气管路圆形管口端连通至高压充气阀，渐变式进气管路矩形管口端设置有多孔隔板，多孔隔板中各通孔的孔径可调，还包括有发散式出气管路，所述发散式出气管路由呈三十度角排列的多路气体分配管路构成，发散式出气管路中各路气体分配管路一端一一对应连通安装至多孔隔板中孔径匹配的通孔处。
所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述渐变式进气管路圆形管口端通过法兰连通至高压充气阀。
所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述渐变式进气管路其管路结构设计成从圆形截面逐渐变化成矩形截面的形状，该种结构设计充分考虑了气体动力学特性，可以减小气体流阻，增大气体流速。
所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述多孔隔板其结构设计成矩形的多孔的可更换的金属隔板，通过改变隔板中孔径的大小比例，可以调节各个出气回路的出气量。
所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述的发散式出气管路为由呈三十度角排列的多路气体分配管路构成，气体通过该分配管路可以按比例注入到等离子体不同边界区域。
本发明优点为：
（1）本发明采用的渐变式进气管路，其管路结构设计成从圆形截面逐渐变化成矩形截面的形状，可以减小气体流阻，增大气体流速。
（2）本发明采用可调孔径的多孔隔板，其结构设计成矩形的多孔的可更换的金属隔板，通过改变隔板中孔径的大小比例，可以调节各个气体分配回路的出气量。
（3）本发明采用发散式出气管路为由呈三十度排列的多路气体分配管路构成，气体通过该分配管路可以按比例注入到等离子体不同区域，可以进一步提高注入气体的利用效率，增强等离子体破裂缓解效果。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明多孔隔板与发散式出气管路连接结构局部放大图。
具体实施方式
参见图1、图2所示，一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，包括渐变式进气管路2，渐变式进气管路2为从圆形截面逐渐变化成矩形截面的管路结构，渐变式进气管路2圆形管口端连通至高压充气阀，渐变式进气管路2矩形管口端设置有多孔隔板3，多孔隔板3中各通孔的孔径可调，还包括有发散式出气管路4，发散式出气管路4由呈三十度角排列的多路气体分配管路构成，发散式出气管路4中各路气体分配管路一端一一对应连通安装至多孔隔板3中孔径匹配的通孔处。
渐变式进气管路2圆形管口端通过法兰1连通至高压充气阀。
渐变式进气管路2其管路结构设计成从圆形截面逐渐变化成矩形截面的形状，该种结构设计充分考虑了气体动力学特性，可以减小气体流阻，增大气体流速。
多孔隔板3其结构设计成矩形的多孔的可更换的金属隔板，通过改变隔板中孔径的大小比例，可以调节各个出气回路的出气量。
发散式出气管路4为由呈三十度角排列的多路气体分配管路构成，气体通过该分配管路可以按比例注入到等离子体不同边界区域。
本发明包括渐变式进气管路、可调孔径的多孔隔板、发散式出气管路。高压充气阀出来的气体通过渐变式进气管路后再通过一个可调节孔径的多孔隔板，然后通过一个发散式出气管路从各个出气管路喷射而出进入等离子体的不同区域，通过调节多孔隔板中孔径的比例可以调节每个出气管路的出气量。
首先高压充气阀通过右侧的法兰与该气体分配系统连接，充气阀触发后，气体就进入渐变式进气管道，气体就随着管道的变形而从七个不同的出气管路流出，从而进入等离子体不同的边界区域，通过调节多孔隔板中孔径的比例可以调节发散式出气管路各个支路的出气量，从而可以进一步提高注入气体的利用效率，增强等离子体破裂缓解效果。

Claims (5)

1.一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：包括渐变式进气管路，所述渐变式进气管路为从圆形截面逐渐变化成矩形截面的管路结构，渐变式进气管路圆形管口端连通至高压充气阀，渐变式进气管路矩形管口端设置有多孔隔板，多孔隔板中各通孔的孔径可调，还包括有发散式出气管路，所述发散式出气管路由呈三十度角排列的多路气体分配管路构成，发散式出气管路中各路气体分配管路一端一一对应连通安装至多孔隔板中孔径匹配的通孔处。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述渐变式进气管路圆形管口端通过法兰连通至高压充气阀。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述渐变式进气管路其管路结构设计成从圆形截面逐渐变化成矩形截面的形状，该种结构设计充分考虑了气体动力学特性，可以减小气体流阻，增大气体流速。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述多孔隔板其结构设计成矩形的多孔的可更换的金属隔板，通过改变隔板中孔径的大小比例，可以调节各个出气回路的出气量。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体破裂防护用的一进多出型气体分配系统，其特征在于：所述的发散式出气管路为由呈三十度角排列的多路气体分配管路构成，气体通过该分配管路可以按比例注入到等离子体不同边界区域。
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