CN109994219A - 一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚变堆贯穿件技术领域，具体涉及一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件；第一层电绝缘约束结构同心设置在第二层电绝缘约束结构内形成电绝缘约束结构，第一层电绝缘约束结构与第二层电绝缘约束结构形成绝缘腔；第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构右端设置在隔板上；隔板中心加工有通孔，外套管左端焊接在隔板左侧面上，外套管与隔板中心通孔同心；ITER法兰上加工有多个螺栓孔，ITER法兰通过ITER法兰紧固螺栓安装在约束壁垒CP法兰大气侧；第四陶瓷管设置在外套管内，第四陶瓷管左端依次穿过隔板中心通孔、第一层电绝缘约束结构、ITER法兰中心通孔和CP法兰中心通孔伸入真空侧；带电水管设置在第四陶瓷管内，连通真空侧和大气侧。
Description
技术领域
本发明属于聚变堆贯穿件技术领域，具体涉及一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件。
背景技术
在氘氚聚变堆中，水、电穿透约束壁垒的贯穿件，以及带电冷却水回路的贯穿件是聚变堆工程的常用的重要部件之一。由于聚变堆是工作在氘氚聚变等离子体的工作环境下，工作环境恶劣，如：高温、放射性辐照、热冲击和机械冲击，以及各种核安全要求：氚和放射性约束的安全等级、地震安全等级、真空等级、氚分类和远程机械手操作分类等级要求，使得普通工业(真空设备)中的水、电贯穿件无法满足聚变堆工程需求。
以ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor，国际热核聚变实验堆)中的辉光放电清洗系统为例。该系统在辉光放电清洗时，电极的动力电是借用电极冷却水管馈入。水路的最高电压1.5～4.5kV，馈入电流30A，辉光放电的工作气体为He、H2或D2，工作气压在10-3～15Pa，冷却水是入口水温为240℃/水压4.4MPa的过热水，约束壁(真空室)的温度为200℃；在氘氚聚变放电期间，入口水温为70℃/水压4.0MPa，约束壁(真空室)温度～70℃，工作气体为H2、D2和T2，本底气压为10-5Pa(H2、D2和T2)，本底杂质气体分压强为10-7Pa；在装置内漏水事故中，装置内的最高压强为0.15MPa，在SL-2的地震期间和地震之后保证约束的完整性。
因此，要求贯穿件保证：
1)贯穿件的电绝缘要求：
a)绝缘件材料本身的电绝缘要求；
b)气体放电；
c)耐中子辐照；
2)在正常运行和各种事故中放射性物质约束的安全可靠性，承受各种运行和事故负载，实时监测约束结构的完整性；
保证贯穿件在高温运行中释放的气体满足聚变堆对贯穿件放气量的要求，不影响聚变等离子体约束性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，能够承受聚变装置运行和各种事故产生的各种负载，并保证放射性约束的完整性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，该贯穿件包括：第一层电绝缘约束结构，第二层电绝缘约束结构，ITER法兰组件，外套管，隔板和第四陶瓷管；
所述第一层电绝缘约束结构同心设置在第二层电绝缘约束结构内形成电绝缘约束结构，第一层电绝缘约束结构与第二层电绝缘约束结构形成绝缘腔；所述第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构右端设置在隔板上；
所述隔板中心加工有通孔，所述外套管左端焊接在隔板左侧面上，外套管与隔板中心通孔同心；
所述ITER法兰组件包括ITER法兰和ITER法兰紧固螺栓；
所述ITER法兰为圆盘结构，ITER法兰中心加工有通孔，第一层电绝缘约束结构与第二层电绝缘约束结构左端焊接在ITER法兰右侧面上；所述ITER法兰上加工有多个螺栓孔，ITER法兰通过ITER法兰紧固螺栓安装在约束壁垒CP法兰大气侧；
所述第四陶瓷管设置在外套管内，第四陶瓷管左端依次穿过隔板中心通孔、第一层电绝缘约束结构、ITER法兰中心通孔和CP法兰中心通孔伸入真空侧；所述带电水管设置在第四陶瓷管内，连通真空侧和大气侧。
所述ITER法兰上加工有多个螺栓孔，ITER法兰通过ITER法兰紧固螺栓安装在约束壁垒CP法兰大气侧；
所述第四陶瓷管设置在外套管内，第四陶瓷管左端依次穿过隔板中心通孔、第一层电绝缘约束结构、ITER法兰中心通孔和CP法兰中心通孔伸入真空侧；所述带电水管设置在第四陶瓷管内，连通真空侧和大气侧。
所述第一层电绝缘约束结构包括第一金属环，第一陶瓷管，第二金属环，内过渡环，内波纹管和内法兰管；
所述第一陶瓷管左端通过第二金属环与内过渡环连接，内过渡环通过内波纹管与内法兰管连接；
所述第一陶瓷管，第二金属环，内过渡环，内波纹管和内法兰管同心连通；
所述第一陶瓷管右端通过第一金属环与隔板封装；
所述第一陶瓷管通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第一金属环和第二金属环封装。
所述第二层电绝缘约束结构包括第三金属环，第二陶瓷管，第四金属环，外过渡环，外波纹管和外法兰管；
所述第二陶瓷管左端通过第四金属环与外过渡环连接，外过渡环通过外波纹管与外法兰管连接；
所述第二陶瓷管，第四金属环，外过渡环，外波纹管和外法兰管同心连通；
所述第二陶瓷管右端通过第三金属环与隔板封装；
所述第二陶瓷管通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第三金属环和第四金属环封装。
所述内法兰管和外法兰管左端焊接在ITER法兰右侧面上，所述内法兰管与ITER法兰中心通孔同心。
该贯穿件还包括支撑定位盘，支撑定位框架，端板，周向定位键，绝缘陶瓷件，第三陶瓷管，销，弹簧垫片组和对剖管；
所述对剖管为圆柱筒状结构，所述电绝缘约束结构设置在对剖管内，对剖管左端焊接在外法兰管外壁上；
所述对剖管右端面中心加工有通孔，第四陶瓷管穿过对剖管右端面中心通孔伸出；
所述支撑定位框架为圆柱管结构，支撑定位框架设置在对剖管右端面外部上形成腔体，端板盖合在支撑定位框架上；
所述支撑定位盘为圆盘结构，支撑定位盘中心加工有通孔，通孔周围对称加工有销孔，销孔内设置第三陶瓷管，所述支撑定位盘设置在支撑定位框架与对剖管右端面外部形成的腔体内，销设置在第三陶瓷管，将支撑定位框架与对剖管右端面外部形成的腔体内；
所述支撑定位框架与对剖管右端面外部之间设置弹簧垫片组，弹簧垫片组套在销上；所述支撑定位盘与支撑定位框架内表面之间设置绝缘陶瓷件，所述支撑定位盘圆环面上沿轴向加工有键槽，周向定位键设置在支撑定位盘圆环面上的键槽内防止支撑定位盘转动；
所述第四陶瓷管穿过支撑定位框架、支撑定位盘和端板中心孔伸出到大气侧，带电水管右端伸出第四陶瓷管与过渡管连接。
该贯穿件还包括约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管；约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管设置在外法兰管上，约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管与第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构形成的绝缘腔导通；约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管与外部系统连接。
该贯穿件还包括第一密封圈，第二密封圈，双密封夹层第一抽气监测管和双密封夹层第二抽气监测管；
所述ITER法兰与CP法兰接触面设置第一密封圈和第二密封圈；第一密封圈外径小于第二密封圈，第一密封圈与第二密封圈之间形成腔室，ITER法兰上对称加工有两个通孔，两个通孔与第一密封圈和第二密封圈之间腔室导通，双密封夹层第一抽气监测管和双密封夹层第二抽气监测管分别设置在ITER法兰上两个通孔内并向外导出与外部系统连接。
本发明的技术效果主要体现在：
本发明一种用于聚变堆真空侧的带电水路贯穿件，通过采用本发明的贯穿件，除了能够将过热水、动力电贯穿聚变堆约束壁垒馈入装置内部，同时承受通过水管路传递过来的各种负载，并能够实时监测约束的完整性，保障放射性物质约束的安全性和可靠性，以及满足不同安装环境和空间的需求。
本发明一种用于聚变堆真空侧的带电水路贯穿件，利用带电水管作为水和电的馈入部件，利用背对背连接或套接的电绝缘约束结构作为放射性物质的约束，利用波纹管缓冲由水管传递给封接件的机械负载，利用支撑结构承受管道的机械负载，利用陶瓷件作为在贯穿件内部在低真空下的电绝缘部件，防止低压下的气体击穿影响电绝缘性能，利用双密封法兰作为贯穿件与聚变堆约束壁垒的连接件，利用抽空检测管监测密封和约束完整性，从而满足放射性约束的安全等级、地震安全等级、真空等级、氚分类和远程机械手操作分类等级要求。
附图说明
图1为本发明一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件剖视图；
图2为本发明一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件A-A截面剖视图；
图中：1-带电水管；2-过渡管；3-外套管；4-隔板；5-支撑定位盘；6-第一金属环；7-第一陶瓷管；8-第二金属环；9-内过渡环；10-内波纹管；11-内法兰管；12-第三金属环；13-第二陶瓷管；14-第四金属环；15-外过渡环；16-外波纹管；17-外法兰管；18-ITER法兰；19-ITER法兰紧固螺栓；20-第一密封圈；21-第二密封圈；22-双密封夹层第一抽气监测管；23-双密封夹层第二抽气监测管；24-约束夹层第一抽气监测管；25-约束夹层第二抽气监测管；26-支撑定位框架；27-端板；28-周向定位键；29-绝缘陶瓷件；30-第三陶瓷管；31-销；32-弹簧垫片组；33-对剖管；34-第四陶瓷管；35-CP法兰。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件进行清楚、完整地描述。
如图1和图2所示，本发明一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件包括：第一层电绝缘约束结构，第二层电绝缘约束结构，ITER法兰组件，带电水管1，外套管3，隔板4和第四陶瓷管34；
第一层电绝缘约束结构包括第一金属环6，第一陶瓷管7，第二金属环8，内过渡环9，内波纹管10和内法兰管11；
所述第一陶瓷管7左端通过第二金属环8与内过渡环9连接，内过渡环9通过内波纹管10与内法兰管11连接；
所述第一陶瓷管7，第二金属环8，内过渡环9，内波纹管10和内法兰管11同心连通；
所述第一陶瓷管7右端通过第一金属环6与隔板4封装；
所述第一陶瓷管7通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第一金属环6和第二金属环8封装；
第二层电绝缘约束结构包括第三金属环12，第二陶瓷管13，第四金属环14，外过渡环15，外波纹管16和外法兰管17；
所述第二陶瓷管13左端通过第四金属环14与外过渡环15连接，外过渡环15通过外波纹管16与外法兰管17连接；
所述第二陶瓷管13，第四金属环14，外过渡环15，外波纹管16和外法兰管17同心连通；
所述第二陶瓷管13右端通过第三金属环12与隔板4封装；
所述第二陶瓷管13通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第三金属环12和第四金属环14封装；
所述第一层电绝缘约束结构同心设置在第二层电绝缘约束结构内形成电绝缘约束结构，第一层电绝缘约束结构与第二层电绝缘约束结构形成绝缘腔；
ITER法兰组件包括ITER法兰18和ITER法兰紧固螺栓19；
所述ITER法兰18为圆盘结构，ITER法兰18中心加工有通孔，内法兰管11和外法兰管17左端焊接在ITER法兰18右侧面上，所述内法兰管11与ITER法兰18中心通孔同心；
所述ITER法兰18上加工有多个螺栓孔，ITER法兰18通过ITER法兰紧固螺栓19安装在约束壁垒CP法兰35大气侧；
所述隔板4中心加工有通孔，所述外套管3左端焊接在隔板4左侧面上，外套管3与隔板中心通孔同心；
所述第四陶瓷管34设置在外套管3内，第四陶瓷管34左端依次穿过隔板4中心通孔、第一陶瓷管7、内过渡环9、内波纹管10、内法兰管11、ITER法兰18中心通孔和CP法兰35中心通孔伸入真空侧；所述带电水管1设置在第四陶瓷管34内，连通真空侧和大气侧；
本发明贯穿件还包括支撑定位盘5，支撑定位框架26，端板27，周向定位键28，绝缘陶瓷件29，第三陶瓷管30，销31，弹簧垫片组32和对剖管33；
所述对剖管33为圆柱筒状结构，所述电绝缘约束结构设置在对剖管33内，对剖管33左端焊接在外法兰管17外壁上；
所述对剖管33右端面中心加工有通孔，第四陶瓷管34穿过对剖管33右端面中心通孔伸出；
所述支撑定位框架26为圆柱管结构，支撑定位框架26设置在对剖管33右端面外部上形成腔体，端板27盖合在支撑定位框架26上；
所述支撑定位盘5为圆盘结构，支撑定位盘5中心加工有通孔，通孔周围对称加工有销孔，销孔内设置第三陶瓷管30，所述支撑定位盘5设置在支撑定位框架26与对剖管33右端面外部形成的腔体内，销31设置在第三陶瓷管30，将支撑定位框架26与对剖管33右端面外部形成的腔体内；
所述支撑定位框架26与对剖管33右端面外部之间设置弹簧垫片组32，弹簧垫片组32套在销31上；所述支撑定位盘5与支撑定位框架26内表面之间设置绝缘陶瓷件29，所述支撑定位盘5圆环面上沿轴向加工有键槽，周向定位键28设置在支撑定位盘5圆环面上的键槽内防止支撑定位盘5转动；
所述第四陶瓷管34穿过支撑定位框架26、支撑定位盘5和端板27中心孔伸出到大气侧，带电水管1右端伸出第四陶瓷管34与过渡管2连接；
本发明贯穿件还包括约束夹层第一抽气监测管24和约束夹层第二抽气监测管25；约束夹层第一抽气监测管25和约束夹层第二抽气监测管26设置在外法兰管17上，约束夹层第一抽气监测管25和约束夹层第二抽气监测管26与第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构形成的绝缘腔导通；约束夹层第一抽气监测管25和约束夹层第二抽气监测管26与外部系统连接；
本发明贯穿件还包括第一密封圈20，第二密封圈21，双密封夹层第一抽气监测管22和双密封夹层第二抽气监测管23，
所述ITER法兰18与CP法兰35接触面设置第一密封圈20和第二密封圈21；第一密封圈20外径小于第二密封圈21，第一密封圈20与第二密封圈21之间形成腔室，ITER法兰18上对称加工有两个通孔，两个通孔与第一密封圈20和第二密封圈21之间腔室导通，双密封夹层第一抽气监测管22和双密封夹层第二抽气监测管23分别设置在ITER法兰18上两个通孔内并向外导出与外部系统连接；
本发明所述陶瓷管为超高纯(99％)Al2O3陶瓷材料加工而成，作为带电水管的电绝缘元件和氚及放射性灰尘的约束元件。
Claims (7)
1.一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，该贯穿件包括：第一层电绝缘约束结构，第二层电绝缘约束结构，ITER法兰组件，外套管，隔板和第四陶瓷管；
所述第一层电绝缘约束结构同心设置在第二层电绝缘约束结构内形成电绝缘约束结构，第一层电绝缘约束结构与第二层电绝缘约束结构形成绝缘腔；所述第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构右端设置在隔板上；
所述隔板中心加工有通孔，所述外套管左端焊接在隔板左侧面上，外套管与隔板中心通孔同心；
所述ITER法兰组件包括ITER法兰和ITER法兰紧固螺栓；
所述ITER法兰为圆盘结构，ITER法兰中心加工有通孔，第一层电绝缘约束结构与第二层电绝缘约束结构左端焊接在ITER法兰右侧面上；所述ITER法兰上加工有多个螺栓孔，ITER法兰通过ITER法兰紧固螺栓安装在约束壁垒CP法兰大气侧；
所述第四陶瓷管设置在外套管内，第四陶瓷管左端依次穿过隔板中心通孔、第一层电绝缘约束结构、ITER法兰中心通孔和CP法兰中心通孔伸入真空侧；所述带电水管设置在第四陶瓷管内，连通真空侧和大气侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，所述第一层电绝缘约束结构包括第一金属环，第一陶瓷管，第二金属环，内过渡环，内波纹管和内法兰管；
所述第一陶瓷管左端通过第二金属环与内过渡环连接，内过渡环通过内波纹管与内法兰管连接；
所述第一陶瓷管，第二金属环，内过渡环，内波纹管和内法兰管同心连通；
所述第一陶瓷管右端通过第一金属环与隔板封装；
所述第一陶瓷管通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第一金属环和第二金属环封装。
3.根据权利要求2所述的一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，所述第二层电绝缘约束结构包括第三金属环，第二陶瓷管，第四金属环，外过渡环，外波纹管和外法兰管；
所述第二陶瓷管左端通过第四金属环与外过渡环连接，外过渡环通过外波纹管与外法兰管连接；
所述第二陶瓷管，第四金属环，外过渡环，外波纹管和外法兰管同心连通；
所述第二陶瓷管右端通过第三金属环与隔板封装；
所述第二陶瓷管通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第三金属环和第四金属环封装。
4.根据权利要求3所述的一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，所述内法兰管和外法兰管左端焊接在ITER法兰右侧面上，所述内法兰管与ITER法兰中心通孔同心。
5.根据权利要求3所述的一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，该贯穿件还包括支撑定位盘，支撑定位框架，端板，周向定位键，绝缘陶瓷件，第三陶瓷管，销，弹簧垫片组和对剖管；
所述对剖管为圆柱筒状结构，所述电绝缘约束结构设置在对剖管内，对剖管左端焊接在外法兰管外壁上；
所述对剖管右端面中心加工有通孔，第四陶瓷管穿过对剖管右端面中心通孔伸出；
所述支撑定位框架为圆柱管结构，支撑定位框架设置在对剖管右端面外部上形成腔体，端板盖合在支撑定位框架上；
所述支撑定位盘为圆盘结构，支撑定位盘中心加工有通孔，通孔周围对称加工有销孔，销孔内设置第三陶瓷管，所述支撑定位盘设置在支撑定位框架与对剖管右端面外部形成的腔体内，销设置在第三陶瓷管，将支撑定位框架与对剖管右端面外部形成的腔体内；
所述支撑定位框架与对剖管右端面外部之间设置弹簧垫片组，弹簧垫片组套在销上；所述支撑定位盘与支撑定位框架内表面之间设置绝缘陶瓷件，所述支撑定位盘圆环面上沿轴向加工有键槽，周向定位键设置在支撑定位盘圆环面上的键槽内防止支撑定位盘转动；
所述第四陶瓷管穿过支撑定位框架、支撑定位盘和端板中心孔伸出到大气侧，带电水管右端伸出第四陶瓷管与过渡管连接。
6.根据权利要求4所述的一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，该贯穿件还包括约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管；约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管设置在外法兰管上，约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管与第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构形成的绝缘腔导通；约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管与外部系统连接。
7.根据权利要求5所述的一种用于聚变堆大气侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，该贯穿件还包括第一密封圈，第二密封圈，双密封夹层第一抽气监测管和双密封夹层第二抽气监测管；
所述ITER法兰与CP法兰接触面设置第一密封圈和第二密封圈；第一密封圈外径小于第二密封圈，第一密封圈与第二密封圈之间形成腔室，ITER法兰上对称加工有两个通孔，两个通孔与第一密封圈和第二密封圈之间腔室导通，双密封夹层第一抽气监测管和双密封夹层第二抽气监测管分别设置在ITER法兰上两个通孔内并向外导出与外部系统连接。
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