CN109654868A - 一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械制造领域，具体为一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，所述烘烤系统包括：气源装置，用于氮气供给；动力装置，用于氮气的输送；升温装置，用于氮气的加热；分配台，用于氮气流的分配及集合；降温装置，用于热氮气的降温；以及除湿装置，用于热氮气的干燥。所述烘烤系统利用一套管路实现了所述全超导托卡马克装置的烘烤、冷却及干燥功能，提高了所述烘烤系统对不同工作状态的适用能力，提高了所述烘烤系统的集成化，有利于自动化控制的实现。

Description

一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统

技术领域

本发明涉及温度控制领域，具体为一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统。

背景技术

EAST超导托卡马克是国家发展计划委员会正式批准建设的国家“九五”重大科学工程。它的科学目标是建造一个具有非圆截面的大型超导托卡马克装置及其实验系统，发展并建立在超导托卡马克装置上进行稳态运行所需要的多种技术，开展稳态、安全和高效运行的先进托卡马克聚变反应堆基础物理问题的实验研究，为我国下一代聚变工程试验堆的概念设计奠定坚实基础。EAST的三大目标为：产生 ≥ 1兆安培的等离子体电流；持续时间将达到1千秒；在高功率加热下温度将超过1亿度。EAST装置于2006年完成总装调试，并进行了首次等离子体放电调试， 2014年实现了28秒H模（H98因子从2012年的0.9提高到1.2），2016年实现5千万度持续1百秒的运行参数；这些性能提升是建立在2012年开始的一系列EAST工程部件升级基础之上的。

EAST超导托卡马克设置有烘烤系统，在EAST实验开始的抽真空和降温阶段，烘烤系统为内部部件提供氮气烘烤，使其温度维持在200℃以上，连续保持20天以上，加速抽真空速度，并使内部部件上的油脂性和水分杂质排除。

现有的烘烤系统只有单一的烘烤、冷却功能，在设备进行维护检修的时候，需要对内部管路进行排水，排水后管路中还存在的残余的水分，水分直接留在设备内部，无法彻底地清除，烘烤系统的作用未得到完全地发挥。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统。

本发明实施例是这样实现的，一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括：

气源装置，所述气源装置包括氮气源、稳压罐，所述氮气源通过稳压罐补气阀与所述稳压罐相连，所述补气罐通过系统补气阀连入所述烘烤系统；

动力装置，所述动力装置包括罗茨风机、风机止回阀及常开球阀，所述罗茨风机的入口与所述系统补气阀的出口相连，所述罗茨风机的出口依次设置有所述风机止回阀、所述常开球阀；

升温装置，所述升温装置包括第一板式换热器以及氮气加热器，所述第一板式换热器的升温回路的入口与所述常开球阀的出口相连，升温回路的出口与所述氮气加热器的入口相连；

分配台，所述分配台包括供气分配台和回气分配台，所述供气分配台的进气端与所述氮气加热器的出口相连，所述供气分配台的出口端设置有上偏滤器烘烤回路、非打击点烘烤回路、夹层烘烤回路、下偏滤器烘烤回路，其中上偏滤器烘烤回路、非打击点烘烤回路、夹层烘烤回路、下偏滤器烘烤回路分别与托卡马克装置内的上偏滤器、非打击点、夹层以及下偏滤器的烘烤入口相连，所述上偏滤器、所述非打击点、所述夹层以及所述下偏滤器的烘烤出口分别与所述回气分配台的入口相连；

降温装置，包括所述第一板式换热器以及第二板式换热器，所述第一板式换热器的降温回路入口与所述回气分配台的出口相连，所述第一板式换热器的降温回路出口与所述第二板式换热器的进气口相连，所述第二板式换热器的出气口与所述罗茨风机的入口相连，所述第二板式换热器的冷却回路连入冷却水供水系统；

除湿装置，所述除湿装置包括旋风除湿机和冷冻除湿机，所述板式换热器二的出气口与所述罗茨风机的入口之间还设置有烘烤模式转换阀，所述除湿装置与所述烘烤模式转换阀并联。

本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括气源装置、动力装置、升温装置、分配台、降温装置以及除湿装置，利用一套系统实现了所述全超导托卡马克装置的烘烤、冷却及干燥功能，提高了所述烘烤系统对不同工作状态的适用能力，提高了所述烘烤系统的集成化，有利于自动化控制的实现。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括气源装置、动力装置、升温装置、分配台、降温装置以及除湿装置，利用一套系统实现了所述全超导托卡马克装置的烘烤、冷却及干燥功能，提高了所述烘烤系统对不同工作状态的适用能力，提高了所述烘烤系统的集成化，有利于自动化控制的实现。

如图1所示，本发明一个实施例中，一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括：

气源装置1，所述气源装置包括氮气源11、稳压罐12，所述氮气源通过稳压罐补气阀与所述稳压罐相连，所述补气罐通过系统补气阀13连入所述烘烤系统；

动力装置2，所述动力装置包括罗茨风机21、风机止回阀22及常开球阀23，所述罗茨风机21的入口与所述系统补气阀13的出口相连，所述罗茨风机21的出口依次设置有所述风机止回阀22、所述常开球阀23；

升温装置，所述升温装置包括第一板式换热器31以及氮气加热器41，所述第一板式换热器31的升温回路的入口与所述常开球阀23的出口相连，升温回路的出口与所述氮气加热器41的入口相连；

分配台5，所述分配台包括供气分配台51和回气分配台52，所述供气分配台51的进气端与所述氮气加热器43的出口相连，所述供气分配台51的出口端设置有上偏滤器烘烤回路53、非打击点烘烤回路54、夹层烘烤回路55、下偏滤器烘烤回路56，其中上偏滤器烘烤回路53、非打击点烘烤回路54、夹层烘烤回路55、下偏滤器烘烤回路56分别与托卡马克装置6内的上偏滤器、非打击点、夹层以及下偏滤器的烘烤入口相连，所述上偏滤器、所述非打击点、所述夹层以及所述下偏滤器的烘烤出口分别与所述回气分配台52的入口相连；

降温装置，包括所述第一板式换热器31以及第二板式换热器71，所述第一板式换热器31的降温回路入口与所述回气分配台52的出口相连，所述第一板式换热器31的降温回路出口与所述第二板式换热器71的进气口相连，所述第二板式换热器71的出气口与所述罗茨风机21的入口相连，所述第二板式换热器71的冷却回路连入冷却水供水系统；

除湿装置9，所述除湿装置包括旋风除湿机91和冷冻除湿机92，所述板式换热器二71的出气口与所述罗茨风机21的入口之间还设置有烘烤模式转换阀8，所述除湿装置9与所述烘烤模式转换阀8并联。

在本发明中，所述气源装置包括氮气源11、稳压罐12。所述氮气源11可以设置多个，便于搬运和更换，也可以设置单一的氮气源，方便统一管理和操作；其作用在于系统初运行时为系统提供氮气，在系统稳定运行后，当系统内氮气压力不满足使用要求时，可以在系统不停止运作的情况下为系统补足氮气；稳压罐12的设置有利于氮气从氮气源11进入系统时压力的稳定，防止以过高的压力进入到系统，影响系统的正常运行；补气通过打开系统补气阀13实现。

在本发明中，氮气的输送动力由罗茨风机21提供，罗茨风机21的出口处设置有风机止回阀22，防止氮气的倒流，所述风机止回阀22后设置有常开球阀23，用于系统故障或者检修时保持内部气路的压力，防止氮气的泄露等，所述常开球阀23可以是手动阀也可以是电动阀。

在本发明中，升温装置包括第一板式换热器31以及氮气加热器41，用于氮气的加热，对系统内部进行烘烤或者干燥；所述第一板式换热器31实现了供气气路与回气气路的热交换，利用回气中带有残留热量将氮气进行初步加热，提高了热量利用；初步升温后的氮气再经过氮气加热器41加热，加热后的氮气出口温度不低于500℃，采用分段加热的方式有效利用热量的同时避免了设备的热应力集中，提高了设备的使用寿命。

在本发明中，通过供气分配台51实现供气气路的分流，通过回气分配台52实现回气的集中，分配台5的设置实现了一个供气回路多点供气。

在本发明中，为了减小设备的热应力集中，降温阶段同样采用了分段的形式，初步降温利用了第一板式换热器31，将气体中的余热传递给未加热的氮气，第二阶段的降温则利用了第二板式换热器71与冷却水进行热交换。

在本发明中，除湿装置9包括旋风除湿机91和冷冻除湿机92，分阶段将氮气中夹带的水汽去除，达到系统干燥除水的目的。

在本发明中，所述烘烤系统包括烘烤及干燥两种工作模式；在烘烤模式时，系统管路内已经存在的氮气或者由氮气源11新注入的氮气，在罗茨风机21的作用下形成压力前输送，管路内的氮气开始流动，氮气加热器41开启，对管路内的氮气进行加热，加热后的氮气经过供气分配台51，进入到托卡马克装置6内，对装置进行烘烤，从所述托卡马克装置6内排出的氮气温度下降，但是仍然存在余热，经回气分配台52后通过第一板式换热器31，与对温度较低的氮气进行预热，随后温度进一步下降，氮气经过第二板式换热器71后，在罗茨风机21的作用下形成循环气流。烘烤在装置用于实验之前进行，需要保持装置内部温度在200℃以上，持续时间超过20天，目的在于加速所述托卡马克装置抽真空的速度及保持装置内的清洁。在干燥模式下，与烘烤的不同之处在于，第二板式换热器71的冷却水开启，对热氮气进行进一步降温，使氮气中的水分更易于凝结，此后氮气不直接回到罗茨风机21，烘烤模式转换阀8关闭，管路切换到干燥支路，由除湿装置9除去氮气内的水分，随后氮气回到罗茨风机21，随着氮气的不断循环，托卡马克装置6内的水分被全部带出，实现装置的干燥。干燥的目的在于清除管路内的水分，从整个托卡马克装置6来说，烘烤系统与装置的水冷系统是并联设置的，当水冷系统关闭后，管路内在存在水分，需要进行干燥。

本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括气源装置1、动力装置2、升温装置、分配台5、降温装置以及除湿装置9，利用一套系统实现了所述全超导托卡马克装置的烘烤、及干燥功能，提高了所述烘烤系统对不同工作状态的适用能力，提高了所述烘烤系统的集成化，有利于自动化控制的实现。

在本发明一个实施例中，所述基于全超导托卡马克装置的烘烤系统还包括第三板式换热器101，所述第三板式换热器101与所述加热装置并联，所述第三板式换热器101的降温回路入口与所述常开球阀23的出口相连，所述第三板式换热器101的降温回路出口与所述供气分配台51的入口相连，所述第三板式换热器101的冷却回路连入冷却水供水系统，所述升温装置的入口和出口、所述第三板式换热器降温回路的出口和入口均设置有电动球阀，用于所述烘烤系统烘烤模式和冷却模式之间的转换。

在本发明中，所述烘烤系统还具备冷却功能，其基本工作过程为：电动球阀切换至冷却支路（电动球阀102、电动球阀103开启，电动球阀32、电动球阀44关闭），从动力装置2输出的氮气经冷却去路内的第三板式换热器101与冷却循环水进行热交换，氮气的温度下降，降温后氮气进入到托卡马克装置6内，对装置进行降温，从托卡马克装置6排出的氮气温度升高，经第二板式换热器71再次与冷却循环水进行换热，此后直接回到罗茨风机21，完成一个循环。此过程中升温装置不开启，氮气在第一板式换热器31上没有热交换，除湿支路关闭，电动球阀8打开。

本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括气源装置1、动力装置2、升温装置、分配台5、降温装置以及除湿装置9，设置了冷却支路，利用一套系统实现了所述全超导托卡马克装置的烘烤、干燥及冷却功能，提高了所述烘烤系统对不同工作状态的适用能力，提高了所述烘烤系统的集成化，有利于自动化控制的实现。

在本发明一个实施例中，所述供气分配台51的各个出口和所述回气分配台52的各个入口均设置有电动球阀，用于调节对应回路的气流。

在本发明中供气分配台的各个出口及回气分配台的各个入口都设置了电动球阀（电动球阀511及电动球阀521），可以分别调控托卡马克装置内各个支路的启闭，不需要对整个氮气回路进行调节就能实现装置内不同用气部分的控制；在另一个实施例中，所述供气分配台51和所述回气分配台52之间还设有测试回路57，用于系统测试。

本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括气源装置1、动力装置2、升温装置、分配台5、降温装置以及除湿装置9，供气分配台51的各个出口设置有电动球阀511，所述回气分配台52的各个入口设置有电动球阀521，可以方便地实现托卡马克装置6内不同用气部分的分别调控，简单易行。

在本发明一个实施例中，所述动力装置1设置有两套，采用并联设置，且每一套的入口处均设置有电动球阀24，用于两套所述动力装置之间的切换。设置了两套动力装置，增加了系统的冗余度，当其中一套动力装置出现故障时，直接切换到另一套动力装置，可以在系统不停止工作的条件下进行检修，保证了系统的可靠运行。

在本发明一个实施例中，所述氮气加热器41设置有两套，且每套所述氮气加热器的入口均设置有第一氮气加热器转换阀42，每套所述氮气加热器的出口均设置有第二氮气加热器转换阀43，用于两套所述氮气加热器之间的转换。设置了两套氮气加热器，增加了系统的冗余度，当其中一套氮气加热器出现故障时，直接切换到另一套氮气加热器，可以在系统不停止工作的条件下进行检修，保证了系统的可靠运行。

在本发明一个实施例中，所述稳压罐21、所述供气分配台51和所述回气分配台52分别设置有排气管路14，排气管路512和排气管路522，通过电动球阀（电动球阀15、电动球阀513以及电动球阀523）控制所述排气管路的通断。当系统出现故障或者定期维护中，需要对系统进行检修时，需要排空系统内所有或者部分支路中的氮气，排气管路的设置为整个系统或者特定支路的排气提供了便利。

在本发明一个实施例中，所述气源装置1、所述动力装置2、所述升温装置、所述分配台5以及所述降温装置的出口和入口处均设置有压力、流量及温度检测装置。在系统运行时，需要对系统内各段管路内的氮气的压力、温度及流量进行监控，保证系统的可靠运行，且有益于及时发现管道的泄露，及早排除故障，对于自动化控制而言，是不可或缺的。

在本发明一个实施例中，所述第二板式换热器71和所述第三板式换热器101共用一套冷却水供水系统，所述第二板式换热器71和所述第三板式换热器101的冷却回路入口与所述冷却水供水系统供水端111相连，所述第二板式换热器和所述第三板式换热器的冷却回路出口与所述冷却水供水系统回水端112相连，且所述第二板式换热器71和所述第三板式换热器101的冷却回路出、入口处均设置有球阀，用于冷却水流量控制，且所述第二板式换热器71和所述第三板式换热器101的冷却回路出、入口之间还设置有冷却水过流量保护阀114。

在本发明中，第二及第三板式换热器共用一套冷却水供水系统，减小了系统的复杂程度又能保证系统的稳定运行，冷却水供水系统通过电控球阀控制与换热器的通断，第二板式换热器71与第三板式换热器101的工作状态互不影响；并且还设置了过流量保护阀114，保证了冷却水供水系统的正常工作，可以用于控制换量热。

本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，包括气源装1置、动力装置2、升温装置、分配台5、降温装置以及除湿装置9，利用一套系统实现了所述全超导托卡马克装置的烘烤、干燥及冷却功能，利用一套冷却水供水系统保证系统的正常冷却需要，减小了系统的复杂程度，提高了所述烘烤系统的集成化，有利于自动化控制的实现。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，包括：

气源装置，所述气源装置包括氮气源、稳压罐，所述氮气源通过稳压罐补气阀与所述稳压罐相连，所述补气罐通过系统补气阀连入所述烘烤系统；

动力装置，所述动力装置包括罗茨风机、风机止回阀及常开球阀，所述罗茨风机的入口与所述系统补气阀的出口相连，所述罗茨风机的出口依次设置有所述风机止回阀、所述常开球阀；

升温装置，所述升温装置包括第一板式换热器以及氮气加热器，所述第一板式换热器的升温回路的入口与所述常开球阀的出口相连，升温回路的出口与所述氮气加热器的入口相连；

分配台，所述分配台包括供气分配台和回气分配台，所述供气分配台的进气端与所述氮气加热器的出口相连，所述供气分配台的出口端设置有上偏滤器烘烤回路、非打击点烘烤回路、夹层烘烤回路、下偏滤器烘烤回路，其中上偏滤器烘烤回路、非打击点烘烤回路、夹层烘烤回路、下偏滤器烘烤回路分别与托卡马克装置内的上偏滤器、非打击点、夹层以及下偏滤器的烘烤入口相连，所述上偏滤器、所述非打击点、所述夹层以及所述下偏滤器的烘烤出口分别与所述回气分配台的入口相连；

降温装置，包括所述第一板式换热器以及第二板式换热器，所述第一板式换热器的降温回路入口与所述回气分配台的出口相连，所述第一板式换热器的降温回路出口与所述第二板式换热器的进气口相连，所述第二板式换热器的出气口与所述罗茨风机的入口相连，所述第二板式换热器的冷却回路连入冷却水供水系统；

除湿装置，所述除湿装置包括旋风除湿机和冷冻除湿机，所述板式换热器二的出气口与所述罗茨风机的入口之间还设置有烘烤模式转换阀，所述除湿装置与所述烘烤模式转换阀并联。

2.如权利要求1所述的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，还包括第三板式换热器，所述第三板式换热器与所述加热装置并联，所述第三板式换热器的降温回路入口与所述常开球阀的出口相连，所述第三板式换热器的降温回路出口与所述供气分配台的入口相连，所述第三板式换热器的冷却回路连入冷却水供水系统，所述升温装置的入口和出口、所述第三板式换热器降温回路的出口和入口均设置有电动球阀，用于所述烘烤系统烘烤模式和冷却模式之间的转换。

3.如权利要求1所述的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，所述供气分配台的各个出口和所述回气分配台的各个入口均设置有电动球阀，用于调节对应回路的气流。

4.如权利要求1所述的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，所述动力装置设置有两套，采用并联设置，且每一套的入口处均设置有电动球阀，用于两套所述动力装置之间的切换。

5.如权利要求1所述的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，所述氮气加热器设置有两套，且每套所述氮气加热器的入口均设置有第一氮气加热器转换阀，每套所述氮气加热器的出口均设置有第二氮气加热器转换阀，用于两套所述氮气加热器之间的转换。

6.如权利要求1所述的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，所述稳压罐、所述供气分配台和所述回气分配台均设置有排气管路，通过电动球阀控制所述排气管路的通断。

7.如权利要求1所述的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，所述气源装置、所述动力装置、所述升温装置、所述分配台以及所述降温装置的出口和入口处均设置有压力、流量及温度检测装置。

8.如权利要求2所述的一种基于全超导托卡马克装置的烘烤系统，其特征在于，所述第二板式换热器和所述第三板式换热器共用一套冷却水供水系统，所述第二板式换热器和所述第三板式换热器的冷却回路入口与所述冷却水供水系统供水端相连，所述第二板式换热器和所述第三板式换热器的冷却回路出口与所述冷却水供水系统回水端相连，且所述第二板式换热器和所述第三板式换热器的冷却回路出、入口处均设置有球阀，用于冷却水流量控制，且所述第二板式换热器和所述第三板式换热器的冷却回路出、入口之间还设置有冷却水过流量保护阀。