CN108780665B - 一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热核聚变领域，更具体地涉及一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置。一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置包括：以杆的形式安装在两凸缘之间的柔性支撑件、位移补偿器、以及自锁螺母形式的具有阳螺纹的螺纹紧固件。所述位移补偿器安装在该柔性支撑件的面向所述包层模块的凸缘上，其中所述位移补偿器包括相互枢转连接的锁紧螺丝和支撑套筒、间隔套筒、以及具有球形凸起的联接套筒。该间隔套筒可活动连接至所述锁紧螺丝并具有凸球形表面和凹球形表面，从而分别形成与所述凸缘和所述联接套筒的球形凸起的枢转连接。所述联接套筒刚性连接至所述自锁螺母的止挡表面。本发明的技术效果是增大了柔性支撑件和模块之间的螺纹接合的允许扭矩值，从而增加了装置的载荷支撑能力，防止由自锁功能造成的螺纹接合的可能削弱，并自动补偿将包层模块安装至真空室时发生的角位移和轴向位移。

Description

一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置

技术领域

本发明涉及热核聚变领域，更具体地涉及一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置。

背景技术

已知的用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置包括柔性中空支撑件，其形式被设计为安装在两个凸缘之间的杆，其中一个凸缘将该支撑件与真空室耦合，另一个凸缘通过带有锁定套筒的螺纹紧固件与真空室相连，该锁定套筒通过变形固定在包层模块内(俄罗斯专利号2563975，IPC G21Bl/17，公开日期2015年9月27日)。

该已知装置包括：上述螺纹紧固件，其为头部位于柔性支撑件的腔室内的螺栓；以及螺纹部，其固定在所述包层模块内的螺孔中。该锁定套筒由沿锥形表面刚性相互连接的两个独立元件制成，其中所述元件中的第一元件制成杆形，其头部与螺栓螺纹部分的端面上的孔相匹配，其中该元件的端部呈锥形。第二元件构造为套筒形，其孔具有与第一元件的锥形端部匹配的锥形截面，其中该套筒的端部构造成薄壁且其外径大于套筒其余部分的外径。该锁定套筒利用该第一元件的头部安装在螺栓安装孔内并通过位于包层模块的孔内的该第二元件的薄壁端部的变形固定在包层模块内。该螺栓可以直接固定在该包层模块内，或通过具有与锥形套筒匹配的外锥形表面的堵塞螺母与该包层模块连接，从而形成与该包层模块的螺纹连接。

该已知的用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置的缺点是需要对该柔性支撑件沿其长度方向进行额外加工以补偿在模块装配过程中因真空室的制造误差引起的角位移和剪切位移。在安装过程中进行额外加工，需要不断地测量该柔性支撑件，从而延长该安装操作并使其更为复杂。

就必要特征而言，与本发明最近的类比物是一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置，其包括：位于两凸缘之间的呈杆形的柔性支撑件；以及位移补偿器，其通过螺纹接头安装在支撑件的面向该包层模块的凸缘上，所述位移补偿器包括：相互枢转连接的锁紧螺丝和支撑套筒，以及具有球状凸起(凸面)的联接套筒，其中该联接套筒通过螺纹紧固件将柔性支撑与包层模块相连接(俄罗斯专利号2491663，IPC G21Bl/13，公开日期2013年8月27号)。

在上述装置中，该柔性支撑件的杆沿两个凸缘的圆周安装，从而形成位于该柔性支撑件中心部的腔室。该螺纹紧固件构造为螺栓形式，其具有位于柔性支撑件的腔室内的头部以及穿过位移补偿器的元件内的开口并通过螺纹与该包层模块啮合的杆部。支撑件的面向该包层模块的凸缘与位移补偿器的锁紧螺丝螺纹连接。该锁紧螺丝构造为具有凸球面，且该支撑套筒具有互补的凹球面。该联接套筒定位成与该包层模块的表面以及该支撑套筒的表面均接触。该支撑套筒通过球形凸起与该包层模块的安装孔内的锥形凹口耦合。在螺栓头部与柔性支撑件的面向包层模块的凸缘之间设置有滚珠垫圈，其中与垫圈接合的螺栓头部的内表面构造为具有互补的球形。

该已知装置安装过程如下：

将螺栓和球形垫圈插入中空柔性支撑件，然后将该柔性支撑件定位在真空室的安装槽内。将具有凸球形外表面的锁紧螺丝以螺纹安装在该柔性支撑件的面向包层模块的凸缘上使得螺栓延伸到柔性支撑件外部。具有凹球形内表面的支撑套筒安装在具有凸球形外表面的锁紧螺丝上。具有球形凸起的联接衬套安装在螺栓的螺纹端以将该联接套筒的端面和该支撑套筒的端面对准。该包层模块以使得包层模块的锥形凹口与联接套筒的球形凸起抵接的方式定位在组装完毕的装置上。

该已知装置确保了对安装过程产生的角位移和剪切位移的补偿。在剪切(横向)位移的情形下，联接套筒移动一位移值从而容纳可能的横向位移。在角位移的情形下，螺栓、支撑套筒、和联接套筒转动该角位移值，从而容纳角位移，并使得螺栓的轴线与安装孔的轴线对准。

然后使用特殊工具将螺栓拧入杆部的安装孔，并且因与螺栓头的球面啮合，滚珠垫圈自动安装。

以上所描述的该已知的用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置的缺点是：在聚变反应堆的循环运行过程中，螺栓与包层模块之间的螺纹连接会减弱。其原因是缺少止挡件，而在其位置的螺旋限制会阻碍螺纹连接，从而不能使用止挡件。该已知装置的另一缺点是内安装孔造成的螺栓的杆部的截面较小，从而柔性支撑件和包层模块的螺纹连接的允许扭矩值受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置，其确保在聚变反应堆的循环运行过程中的服务稳定性，并简化将包层模块安装至真空室的过程。

本发明的技术效果是增大了柔性支撑件和包层模块之间的螺纹接合的允许扭矩值，从而增加了装置的载荷支撑能力，防止由自锁功能造成的螺纹接合的可能削弱，并自动补偿将包层模块安装至真空室时发生的角位移和轴向位移。

通过对该已知的用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置进行改进达到所述技术效果。根据本发明的装置包括：以杆的形式安装在两凸缘之间的柔性支撑件、位移补偿器，其螺纹连接至该柔性支撑件的面向所述包层模块的凸缘上(更靠近包层模块)，其中所述位移补偿器包括相互枢转连接的锁紧螺丝和支撑套筒、以及具有球形凸起的联接套筒。所述柔性支撑件通过螺纹紧固件由联接套筒耦接至所述包层模块。根据本发明，所述螺纹紧固件是具有阳螺纹的自锁螺母，且所述柔性支撑件的面向包层模块的凸缘具有凹球形表面。所述位移补偿器刚性连接至所述包层模块并设置有间隔套筒，该间隔套筒可活动连接至所述锁紧螺丝并具有凸球形表面和凹球形表面，从而形成与所述凸缘、以及所述联接套筒的球形凸起的枢转连接。所述联接套筒刚性连接至所述自锁螺母的止挡表面。

在一个实施例中，所述位移补偿器和所述包层模块的刚性连接是通过所述支撑套筒的侧表面与所述包层模块的自锁螺纹连接实现的。

在一个实施例中，所述位移补偿器和所述包层模块的刚性连接是通过所述支撑套筒的侧表面与所述包层模块的焊缝连接实现的。

在一个实施例中，所述间隔套筒与所述锁紧螺丝的柔性连接实现为花键连接。

在一个实施例中，所述联接套筒与所述自锁螺母的止挡表面的刚性连接是通过使用柔性固定环实现的。

在一个实施例中，所述联接套筒与所述自锁螺母的止挡表面的刚性连接是通过使用固定环和焊缝实现的。

将所述螺纹紧固件制成自锁螺母以及所述位移补偿器与所述包层模块之间的刚性连接避免了在聚变反应堆运行过程中因自锁能力造成的螺纹接合的可能削弱。用自锁螺母替代螺栓能够通过增加紧固螺纹的直径提高装置的载荷支撑能力，从而允许增加柔性支撑件和包层模块之间的螺纹连接的张力并由此增加从所述包层模块接收的允许负荷，且保证接合处无缝。进一步地，通过去除螺栓部件(用自锁螺母替代螺栓)，可为间隔套筒提供空间，所述间隔套筒提供所述柔性支撑件与位移补偿器的枢转接合、与锁紧螺丝的柔性接合，以及相对于自锁螺母与联接套筒的柔性接合。以上构造使得在真空室上安装包层模块时能够自动补偿角位移和轴向位移。

跟最接近类似装置相比，以上所描述的必要特征使得本发明的一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置在严苛条件下在聚变反应堆中稳定运行，并在安装过程中便利安装工作。

附图说明

通过参照附图阅读本说明书时，可更好地理解本发明的实质，其中：

图1示出了根据本发明的一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置的截面图。

具体实施方式

一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置，包括：具有凸缘的柔性支撑件1、螺纹紧固件、和位于柔性支撑件1的面向包层模块3的凸缘处的位移补偿器，所述位移补偿器包括支撑套筒4、锁紧螺丝5、间隔套筒6、和具有球形凸起的联接套筒7。所述柔性支撑件1制成杆的形状，位于两个凸缘之间。柔性支撑件1的凸缘构造为具有阳螺纹，其中一个凸缘将所述柔性支撑件1螺纹连接至真空室8；借助与所述包层模块3的安装槽相连接的螺纹紧固件，具有凹球形端面的另一个凸缘通过所述位移补偿器将所述柔性支撑件1耦合至所述包层模块3。螺纹紧固件构造为具有阳螺纹的自锁螺母2。所述支撑套筒4安装在包层模块3的安装槽内并借助自锁螺纹(或压配合螺纹或锥形螺纹)与具有侧表面的安装槽刚性固定。

所述锁紧螺丝5螺纹固定于所述柔性支撑件1的面向所述包层模块3的凸缘，并且例如借助具有与所述支撑套筒4的凹表面互补的凸球形表面的滚珠垫圈9，形成与具有凹球形表面的支撑套筒4的枢转连接。间隔套筒6具有凸球形表面和凹球形表面，从而形成分别与柔性支撑件1的凸缘和联接套筒7的球形凸起的枢转连接。所述间隔套筒6可活动地连接至锁紧螺丝5，例如借助花键和销10。所述联接套筒7刚性连接至所述自锁螺母2的止挡面，例如利用柔性锁定环(或固定环)和焊缝(图中未示出)。

根据本发明的将包层模块安装至聚变反应堆真空室的安装过程如下：

将柔性支撑件1插入真空室8的安装槽。然后将具有联接套筒7的自锁螺母2、具有间隔套筒6和销10的锁紧螺丝5、滚珠垫圈9、和支撑套筒4紧固拧入包层模块3的安装槽。将支撑套筒4拧入具有自锁螺纹(例如压配合螺纹或锥形螺纹)的包层模块3，或将支撑套筒4与焊缝连接。通过这种方式，可将柔性支撑件1安装至真空室8，该柔性支撑件1的数量为将所述包层模块3安装入真空室8所需的数量，例如4个柔性支撑件1，并且将相应数量的紧固件安装在包层模块3内。然后将包层模块3安放在所述真空室8上。所述锁紧螺丝5通过间隔套筒6拧到柔性支撑件1的螺纹凸缘上，所述间隔套筒6在中心部具有用于安装工具的安装座。通过旋转自锁螺母2紧固并锁定所述锁紧螺丝5与所述柔性支撑件1的凸缘之间的螺纹连接。由于位移补偿器组件与柔性支撑件1的凸缘之间的枢转连接、间隔套筒6与锁定螺丝之间的可活动(花键)接合，以及联接套筒7沿自锁螺母2的滑动，上述结构的部件完成自动安装。从而将上述部件安装在这样的位置：所述柔性支撑件1的角位移相对于包层模块3的安装槽的轴向得到补偿，且同时合上电源线路。

所述装置运行如下：

在所述反应堆运行过程中，来自等离子体破裂的动力作用在包层模块上。柔性支撑件1承受紧固件安装点产生的外部压力载荷和外部拉伸载荷，其中来自包层模块3的载荷应传递至聚变反应堆的真空室8。所述压力载荷通过自锁螺母2、联接套筒7和间隔套筒6从所述包层模块3传递至所述柔性支撑件1。所述拉伸载荷经过所述支撑套筒4、所述滚珠垫圈9和所述锁紧螺丝5从所述包层模块3传递至所述柔性支撑件1。所述载荷然后通过被所述锁紧螺丝5和所述间隔套筒6包围的柔性支撑件1的凸缘从所述柔性支撑件1传递至所述真空室8，并通过所述柔性支撑件1的杆传递至与所述真空室8连接的凸缘。

Claims (6)

1.一种用于固定包层模块至聚变反应堆真空室的装置，包括：

以杆的形式安装在两凸缘之间的柔性支撑件；以及

位移补偿器，其螺纹连接至所述柔性支撑件的面向所述包层模块的凸缘上，其中所述位移补偿器包括相互枢转连接的锁紧螺丝和支撑套筒、以及具有球形凸起的联接套筒；

其中所述柔性支撑件通过螺纹紧固件由联接套筒耦接至所述包层模块；

其中所述螺纹紧固件是具有阳螺纹的自锁螺母，且所述柔性支撑件的面向包层模块的凸缘具有凹球形表面；

其中所述位移补偿器刚性连接至所述包层模块并设置有间隔套筒，该间隔套筒可活动连接至所述锁紧螺丝并具有凸球形表面和凹球形表面，从而形成与所述凸缘和所述联接套筒的球形凸起的枢转连接，所述联接套筒刚性连接至所述自锁螺母的止挡表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述位移补偿器和所述包层模块的刚性连接是通过所述支撑套筒的侧表面与所述包层模块的自锁螺纹连接实现的。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述位移补偿器和所述包层模块的刚性连接是通过所述支撑套筒的侧表面与所述包层模块的焊缝连接实现的。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述间隔套筒与所述锁紧螺丝的活动连接实现为花键连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述联接套筒与所述自锁螺母的止挡表面的刚性连接是通过使用柔性固定环实现的。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述联接套筒与所述自锁螺母的止挡表面的刚性连接是通过使用固定环和焊缝实现的。