CN109994220B - 一种用于聚变堆真空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真空侧的双层带电水路贯穿件；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；第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构左端设置在隔板上；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；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法兰真空侧；隔板中心加工有通孔，所述带电水管从右向左依次穿过CP法兰中心孔、ITER法兰中心通孔、第一层电绝缘约束结构和隔板中心通孔伸入真空侧。
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真空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真空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真空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法兰组件和隔板；
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；
所述隔板中心加工有通孔，所述第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构左端设置在隔板上；
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法兰真空侧；
所述隔板中心加工有通孔，所述带电水管从右向左依次穿过CP法兰中心孔、ITER法兰中心通孔、第一层电绝缘约束结构和隔板中心通孔伸入真空侧。
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；
所述第一陶瓷管右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；
所述第一陶瓷管左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；
所述第二陶瓷管右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；
所述第二陶瓷管左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。
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，对剖管右端焊接在外法兰管外壁上；
所述对剖管左端面中心加工有通孔，带电水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左端面外部上形成腔体，端板盖合在支撑定位框架左端；
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左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左端面外部形成的腔体内；
所述支撑定位框架与对剖管左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；
所述带电水管穿过支撑定位框架、支撑定位盘伸入真空侧。
所述对剖管左端面加工有第一通气孔，第一通气孔将支撑定位框架和对剖管左端面外部形成的腔体，与对剖管内腔导通；所述对剖管圆柱面上加工有第二通气孔，第二通气孔将对剖管内腔与真空侧导通。
该贯穿件还包括约束夹层第一抽气监测管，约束夹层第二抽气监测管；
所述ITER法兰中心通孔周围加工有两个监测孔，监测孔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，所述约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管分别通过ITER法兰上的两个监测孔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，所述约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管通过CP法兰中心孔伸出至大气侧与外部系统连接。
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，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，CP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CP法兰上两个通孔内并向大气侧导出与外部系统连接。
该贯穿件还包括第四陶瓷管和第五陶瓷管；
所述第四陶瓷管右端焊接在隔套左侧，第四陶瓷管与隔套中心孔对齐，第四陶瓷管左端伸入支撑定位框架与对剖管左端面外部形成的腔体内，与支撑定位盘右侧面连接；
所述第五陶瓷管右端伸入支撑定位框架与对剖管左端面外部形成的腔体内与支撑定位盘左侧面连接；
所述带电水管依次从第四陶瓷管，支撑定位盘和第五陶瓷管穿过伸入真空侧。
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双层带电水路贯穿件，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双层带电水路贯穿件，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真空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真空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-隔板；3-支撑定位盘；4-第一金属环；5-第一陶瓷管；6-第二金属环；7-内过渡环；8-内波纹管；9-内法兰管；10-第三金属环；11-第二陶瓷管；12-第四金属环；13-外过渡环；14-外波纹管；15-外法兰管；16-ITER法兰；17-ITER法兰紧固螺栓；18-第一密封圈；19-第二密封圈；20-双密封夹层第一抽气监测管；21-双密封夹层第二抽气监测管；22-约束夹层第一抽气监测管；23-约束夹层第二抽气监测管；24-支撑定位框架；25-端板；26-周向定位键；27-绝缘陶瓷件；28-第三陶瓷管；29-销；30-弹簧垫片组；31-第四陶瓷管；32-第五陶瓷管；33-对剖管；34-第一通气孔；35-第二通气孔；36-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真空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真空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法兰组件和隔板2；
第一层电绝缘约束结构包括第一金属环4，第一陶瓷管5，第二金属环6，内过渡环7，内波纹管8和内法兰管9；
所述第一陶瓷管5右端通过第二金属环6与内过渡环7连接，内过渡环7通过内波纹管8与内法兰管9连接；
所述第一陶瓷管5，第二金属环6，内过渡环7，内波纹管8和内法兰管9同心连通；
所述第一陶瓷管5左端通过第一金属环4与隔板2封装；
所述第一陶瓷管5通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第一金属环4和第二金属环6封装；
第二层电绝缘约束结构包括第三金属环10，第二陶瓷管11，第四金属环12，外过渡环13，外波纹管14和外法兰管15；
所述第二陶瓷管11右端通过第四金属环12与外过渡环13连接，外过渡环13通过外波纹管14与外法兰管15连接；
所述第二陶瓷管11，第四金属环12，外过渡环13，外波纹管14和外法兰管15同心连通；
所述第二陶瓷管11左端通过第三金属环10与隔板2封装；
所述第二陶瓷管11通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第三金属环10和第四金属环12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16和ITER法兰紧固螺栓17；
所述ITER法兰16为圆盘结构，ITER法兰16中心加工有通孔，内法兰管9和外法兰管15右端焊接在ITER法兰16左侧面上，所述内法兰管9与ITER法兰16中心通孔同心；
所述ITER法兰16上加工有多个螺栓孔，ITER法兰16通过ITER法兰紧固螺栓17安装在约束壁垒CP法兰36真空侧；
所述隔板2中心加工有通孔，所述带电水管1从右向左依次穿过CP法兰36中心孔、ITER法兰16中心通孔、第一层电绝缘约束结构和隔板2中心通孔伸入真空侧；
本发明贯穿件还包括支撑定位盘3，支撑定位框架24，端板25，周向定位键26，绝缘陶瓷件27，第三陶瓷管28，销29，弹簧垫片组30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右端焊接在外法兰管15外壁上；
所述对剖管33左端面中心加工有通孔，带电水管1穿过对剖管33右端面中心通孔伸出；
所述支撑定位框架24为圆柱管结构，支撑定位框架24设置在对剖管33左端面外部上形成腔体，端板25盖合在支撑定位框架24左端；
所述支撑定位盘3为圆盘结构，支撑定位盘3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28，所述支撑定位盘3设置在支撑定位框架24与对剖管33左端面外部形成的腔体内，销29设置在第三陶瓷管28，将支撑定位框架24与对剖管33左端面外部形成的腔体内；
所述支撑定位框架24与对剖管33左端面外部之间设置弹簧垫片组30，弹簧垫片组30套在销29上；所述支撑定位盘3与支撑定位框架24内表面之间设置绝缘陶瓷件27，所述支撑定位盘3圆环面上沿轴向加工有键槽，周向定位键26设置在支撑定位盘3圆环面上的键槽内防止支撑定位盘3转动；
所述带电水管1穿过支撑定位框架24、支撑定位盘3伸入真空侧；
所述对剖管33左端面加工有第一通气孔34，第一通气孔34将支撑定位框架24和对剖管33左端面外部形成的腔体，与对剖管33内腔导通；所述对剖管33圆柱面上加工有第二通气孔35，第二通气孔35将对剖管33内腔与真空侧导通；
本发明贯穿件还包括约束夹层第一抽气监测管22，约束夹层第二抽气监测管23，
所述ITER法兰16中心通孔周围加工有两个监测孔，监测孔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，所述约束夹层第一抽气监测管22和约束夹层第二抽气监测管23分别通过ITER法兰16上的两个监测孔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，所述约束夹层第一抽气监测管22和约束夹层第二抽气监测管23通过CP法兰36中心孔伸出至大气侧与外部系统连接；
本发明贯穿件还包括第一密封圈18，第二密封圈19，双密封夹层第一抽气监测管20，双密封夹层第二抽气监测管21，
所述ITER法兰16与CP法兰36接触面设置第一密封圈18和第二密封圈19；第一密封圈18外径小于第二密封圈19，第一密封圈18与第二密封圈19之间形成腔室，CP法兰36上对称加工有两个通孔，两个通孔与第一密封圈18和第二密封圈19之间腔室导通，双密封夹层第一抽气监测管20和双密封夹层第二抽气监测管21分别设置在CP法兰36上两个通孔内并向大气侧导出与外部系统连接；
本发明贯穿件还包括第四陶瓷管31和第五陶瓷管32；
所述第四陶瓷管31右端焊接在隔套2左侧，第四陶瓷管31与隔套2中心孔对齐，第四陶瓷管31左端伸入支撑定位框架24与对剖管33左端面外部形成的腔体内，与支撑定位盘3右侧面连接；
所述第五陶瓷管32右端伸入支撑定位框架24与对剖管33左端面外部形成的腔体内与支撑定位盘3左侧面连接；
所述带电水管1依次从第四陶瓷管31，支撑定位盘3和第五陶瓷管32穿过伸入真空侧。
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 (6)
1.一种用于聚变堆真空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法兰组件和隔板； 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； 所述隔板中心加工有通孔，所述第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构左端设置在隔板上； 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法兰真空侧； 所述隔板中心加工有通孔，所述带电水管从右向左依次穿过CP法兰中心孔、ITER法兰中心通孔、第一层电绝缘约束结构和隔板中心通孔伸入真空侧；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；所述第一陶瓷管右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； 所述第一陶瓷管左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；所述第二陶瓷管右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； 所述第二陶瓷管左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。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆真空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，对剖管右端焊接在外法兰管外壁上； 所述对剖管左端面中心加工有通孔，带电水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左端面外部上形成腔体，端板盖合在支撑定位框架左端； 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左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左端面外部形成的腔体内； 所述支撑定位框架与对剖管左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； 所述带电水管穿过支撑定位框架、支撑定位盘伸入真空侧。
3.根据权利要求2所述的一种用于聚变堆真空侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，所述对剖管左端面加工有第一通气孔，第一通气孔将支撑定位框架和对剖管左端面外部形成的腔体，与对剖管内腔导通；所述对剖管圆柱面上加工有第二通气孔，第二通气孔将对剖管内腔与真空侧导通。
4.根据权利要求3所述的一种用于聚变堆真空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，约束夹层第二抽气监测管； 所述ITER法兰中心通孔周围加工有两个监测孔，监测孔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，所述约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管分别通过ITER法兰上的两个监测孔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，所述约束夹层第一抽气监测管和约束夹层第二抽气监测管通过CP法兰中心孔伸出至大气侧与外部系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于聚变堆真空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，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，CP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CP法兰上两个通孔内并向大气侧导出与外部系统连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于聚变堆真空侧的双层带电水路贯穿件，其特征在于，该贯穿件还包括第四陶瓷管和第五陶瓷管； 所述第四陶瓷管右端焊接在隔套左侧，第四陶瓷管与隔套中心孔对齐，第四陶瓷管左端伸入支撑定位框架与对剖管左端面外部形成的腔体内，与支撑定位盘右侧面连接； 所述第五陶瓷管右端伸入支撑定位框架与对剖管左端面外部形成的腔体内与支撑定位盘左侧面连接； 所述带电水管依次从第四陶瓷管，支撑定位盘和第五陶瓷管穿过伸入真空侧。
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