CN109994228A - 一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件 - 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串联式带电水路贯穿件；第一层电绝缘约束结构通过隔套与第二层电绝缘约束结构串联连通构成电绝缘约束结构；ITER法兰为圆盘结构，ITER法兰中心加工有通孔，法兰管为圆柱筒状结构，法兰管穿过ITER法兰中心的通孔，ITER法兰焊接在法兰管中段；法兰管右段伸入大气侧，CP法兰上加工有多个螺栓孔，ITER法兰紧固螺栓穿过CP法兰上加工的多个螺栓孔，将ITER法兰安装在约束壁垒CP法兰真空侧；法兰管右端端部设置导向金属管，电绝缘约束结构设置在法兰管内，带电水管从右至左依次穿过导向金属管，第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构伸出法兰管通入真空侧。

Description

一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件
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串联式带电水路贯穿件。
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串联式带电水路贯穿件，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串联式带电水路贯穿件，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，隔套，导向金属管，法兰管，ITER法兰和ITER法兰紧固螺栓；
所述第一层电绝缘约束结构通过隔套与第二层电绝缘约束结构串联连通构成电绝缘约束结构；
所述ITER法兰为圆盘结构，ITER法兰中心加工有通孔，所述法兰管为圆柱筒状结构，所述法兰管穿过ITER法兰中心的通孔，ITER法兰焊接在法兰管中段；所述法兰管右段伸入大气侧，CP法兰上加工有多个螺栓孔，ITER法兰紧固螺栓穿过CP法兰上加工的多个螺栓孔，将ITER法兰安装在约束壁垒CP法兰真空侧；
所述法兰管右端端部设置导向金属管，所述电绝缘约束结构设置在法兰管内，带电水管从右至左依次穿过导向金属管，第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构伸出法兰管通入真空侧。
第一层电绝缘约束结构包括第二金属环，第一陶瓷管，第一金属环，第一过渡环，第一波纹管和第一端头；
所述第一端头为圆柱筒体结构，第一端头左侧面设有凸环，第一端头左侧面凸环与第一波纹管连接；
所述第一陶瓷管右端通过第一金属环与第一过渡环连接，第一过渡环通过第一波纹管与第一端头连接；
所述第一金属环，第一陶瓷管，第一过渡环，第一波纹管和第一端头同心连通；
所述第一陶瓷管左端通过第二金属环与隔套封装；
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。
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，第二过渡环，第二波纹管和第二端头；
所述第二端头为圆柱筒体结构，第二端头右侧面设有凸环，第二端头右侧面凸环与第二波纹管连接；
所述第二陶瓷管左端通过第四金属环与第二过渡环连接，第二过渡环通过第二波纹管与第二端头连接；
所述第四金属环，第二陶瓷管，第二过渡环，第二波纹管和第二端头同心连通；
所述第二陶瓷管右端通过第三金属环与隔套封装；
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。
所述第一端头外径小于法兰管内径，所述第二端头外径大于法兰管外径，所述电绝缘约束结构第一端头从左至右穿入法兰管内，第二端头焊接在法兰管左端；
所述导向金属管设置在法兰管右端端部，压紧第一端头；
所述带电水管从导向金属管伸入，依次穿过第一端头，第一波纹管，第一过渡环，第一陶瓷管，隔套，第二陶瓷管，第二过渡环，第二波纹管和第二端头，从第二端头左端伸入真空侧。
该贯穿件还包括支撑定位盘，支撑框架，周向定位键，绝缘陶瓷件，第三陶瓷管，销和弹簧垫片组；
所述支撑框架为圆柱筒结构，支撑框架底面中心加工有通孔，支撑框架扣合在第二端头左侧面上形成腔体；
所述第二端头上加工有通气孔，通气孔将支撑框架与第二端头形成的腔体与真空侧导通；
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框架与第二端头形成的腔体内，销设置在第三陶瓷管，将支撑定位盘固定在支撑框架与第二端头形成的腔体内；
所述支撑定位盘与第二端头左端面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；
所述带电水管左端依次穿过第二端头，支撑定位盘和支撑框架伸出。
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；
所述导向金属管沿轴向加工有两个孔，第一端头与导向金属管对应位置也加工有两个孔，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依次穿过导向金属管和第一端头加工的孔与法兰管内部腔体导通，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，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外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；
所述第四陶瓷管设置在第二层电绝缘约束结构内，第四陶瓷管右端设置在隔套内，第四陶瓷管左端伸入支撑框架与第二端头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框架与第二端头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串联式带电水路贯穿件，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串联式带电水路贯穿件，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串联式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串联式带电水路贯穿件A-A截面剖视图；
图中：1-带电水管；2-隔套；3-支撑定位盘；4-第三金属环；5-第二陶瓷管；6-第四金属环；7-第二过渡环；8-第二波纹管；9-第二端头；10-第二金属环；11-第一陶瓷管；12-第一金属环；13-第一过渡环；14-第一波纹管；15-第一端头；16-法兰管；17-ITER法兰；18-ITER法兰紧固螺栓；19-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-双密封夹层第二抽气监测管；23-约束夹层第一抽气监测管；24-约束夹层第二抽气监测管；25-支撑框架；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-导向金属管；34-通气孔；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真空侧的串联式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串联式带电水路贯穿件，第一层电绝缘约束结构，第二层电绝缘约束结构，隔套2和导向金属管33；
第一层电绝缘约束结构包括第二金属环10，第一陶瓷管11，第一金属环12，第一过渡环13，第一波纹管14和第一端头15；
所述第一端头15为圆柱筒体结构，第一端头15左侧面设有凸环，第一端头15左侧面凸环与第一波纹管14连接；
所述第一陶瓷管11右端通过第一金属环12与第一过渡环13连接，第一过渡环13通过第一波纹管14与第一端头15连接；
所述第一金属环12，第一陶瓷管11，第一过渡环13，第一波纹管14和第一端头15同心连通；
所述第一陶瓷管11左端通过第二金属环10与隔套2封装；
所述第一陶瓷管11通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第一金属环12和第二金属环10封装；
第二层电绝缘约束结构包括第三金属环4，第二陶瓷管5，第四金属环6，第二过渡环7，第二波纹管8和第二端头9；
所述第二端头9为圆柱筒体结构，第二端头9右侧面设有凸环，第二端头9右侧面凸环与第二波纹管8连接；
所述第二陶瓷管5左端通过第四金属环6与第二过渡环7连接，第二过渡环7通过第二波纹管8与第二端头9连接；
所述第四金属环6，第二陶瓷管5，第二过渡环7，第二波纹管8和第二端头9同心连通；
所述第二陶瓷管5右端通过第三金属环4与隔套2封装；
所述第二陶瓷管5通过无氧铜真空钎焊技术或氢炉钎焊技术与第三金属环4和第四金属环6封装；
所述第一层电绝缘约束结构通过隔套2与第二层电绝缘约束结构串联连通构成电绝缘约束结构；
所述ITER法兰组件包括法兰管16，ITER法兰17和ITER法兰紧固螺栓18；
所述ITER法兰17为圆盘结构，ITER法兰17中心加工有通孔，所述法兰管16为圆柱筒状结构，所述法兰管16穿过ITER法兰17中心的通孔，ITER法兰17焊接在法兰管16中段；所述法兰管16右段伸入大气侧，CP法兰35上加工有多个螺栓孔，ITER法兰紧固螺栓18穿过CP法兰35上加工的多个螺栓孔，将ITER法兰17安装在约束壁垒CP法兰35真空侧；
所述第一端头15外径小于法兰管16内径，所述第二端头9外径大于法兰管16外径，所述电绝缘约束结构第一端头15从左至右穿入法兰管16内，第二端头9焊接在法兰管16左端；
所述导向金属管33设置在法兰管16右端端部，压紧第一端头15；
所述带电水管1从导向金属管33伸入，依次穿过第一端头15，第一波纹管14，第一过渡环13，第一陶瓷管11，隔套2，第二陶瓷管5，第二过渡环7，第二波纹管8和第二端头9，从第二端头9左端伸入真空侧；
本发明贯穿件还包括支撑定位盘3，支撑框架25，周向定位键26，绝缘陶瓷件27，第三陶瓷管28，销29和弹簧垫片组30；
所述支撑框架25为圆柱筒结构，支撑框架25底面中心加工有通孔，支撑框架25扣合在第二端头9左侧面上形成腔体；
所述第二端头9上加工有通气孔34，通气孔34将支撑框架25与第二端头9形成的腔体与真空侧导通；
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设置在支撑框架25与第二端头9形成的腔体内，销29设置在第三陶瓷管28，将支撑定位盘3固定在支撑框架25与第二端头9形成的腔体内；
所述支撑定位盘3与第二端头9左端面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与支撑框架25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左端依次穿过第二端头9，支撑定位盘3和支撑框架25伸出；
本发明贯穿件还包括约束夹层第一抽气监测管23和约束夹层第二抽气监测管24；
所述导向金属管33沿轴向加工有两个孔，第一端头15与导向金属管33对应位置也加工有两个孔，约束夹层第一抽气监测管23和约束夹层第二抽气监测管24分别依次穿过导向金属管33和第一端头15加工的孔与法兰管16内部腔体导通，约束夹层第一抽气监测管23和约束夹层第二抽气监测管24与外部系统连接；
本发明贯穿件还包括第一密封圈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；
所述ITER法兰17与CP法兰35接触面设置第一密封圈19和第二密封圈20，第一密封圈19外径小于第二密封圈20，第一密封圈19与第二密封圈20之间形成腔室，CP法兰35上对称加工有两个通孔，两个通孔与第一密封圈19和第二密封圈20之间腔室导通，双密封夹层第一抽气监测管21和双密封夹层第二抽气监测管22分别设置在CP法兰35上两个通孔内并向外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设置在第二层电绝缘约束结构内，第四陶瓷管31右端设置在隔套2内，第四陶瓷管31左端伸入支撑框架25与第二端头9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右端伸入支撑框架25与第二端头9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 (8)

1.一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件，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，隔套，导向金属管，法兰管，ITER法兰和ITER法兰紧固螺栓；
所述第一层电绝缘约束结构通过隔套与第二层电绝缘约束结构串联连通构成电绝缘约束结构；
所述ITER法兰为圆盘结构，ITER法兰中心加工有通孔，所述法兰管为圆柱筒状结构，所述法兰管穿过ITER法兰中心的通孔，ITER法兰焊接在法兰管中段；所述法兰管右段伸入大气侧，CP法兰上加工有多个螺栓孔，ITER法兰紧固螺栓穿过CP法兰上加工的多个螺栓孔，将ITER法兰安装在约束壁垒CP法兰真空侧；
所述法兰管右端端部设置导向金属管，所述电绝缘约束结构设置在法兰管内，带电水管从右至左依次穿过导向金属管，第一层电绝缘约束结构和第二层电绝缘约束结构伸出法兰管通入真空侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件，其特征在于：第一层电绝缘约束结构包括第二金属环，第一陶瓷管，第一金属环，第一过渡环，第一波纹管和第一端头；
所述第一端头为圆柱筒体结构，第一端头左侧面设有凸环，第一端头左侧面凸环与第一波纹管连接；
所述第一陶瓷管右端通过第一金属环与第一过渡环连接，第一过渡环通过第一波纹管与第一端头连接；
所述第一金属环，第一陶瓷管，第一过渡环，第一波纹管和第一端头同心连通；
所述第一陶瓷管左端通过第二金属环与隔套封装；
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真空侧的串联式带电水路贯穿件，其特征在于：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，第二过渡环，第二波纹管和第二端头；
所述第二端头为圆柱筒体结构，第二端头右侧面设有凸环，第二端头右侧面凸环与第二波纹管连接；
所述第二陶瓷管左端通过第四金属环与第二过渡环连接，第二过渡环通过第二波纹管与第二端头连接；
所述第四金属环，第二陶瓷管，第二过渡环，第二波纹管和第二端头同心连通；
所述第二陶瓷管右端通过第三金属环与隔套封装；
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真空侧的串联式带电水路贯穿件，其特征在于：所述第一端头外径小于法兰管内径，所述第二端头外径大于法兰管外径，所述电绝缘约束结构第一端头从左至右穿入法兰管内，第二端头焊接在法兰管左端；
所述导向金属管设置在法兰管右端端部，压紧第一端头；
所述带电水管从导向金属管伸入，依次穿过第一端头，第一波纹管，第一过渡环，第一陶瓷管，隔套，第二陶瓷管，第二过渡环，第二波纹管和第二端头，从第二端头左端伸入真空侧。
5.根据权利要求4所述的一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件，其特征在于：该贯穿件还包括支撑定位盘，支撑框架，周向定位键，绝缘陶瓷件，第三陶瓷管，销和弹簧垫片组；
所述支撑框架为圆柱筒结构，支撑框架底面中心加工有通孔，支撑框架扣合在第二端头左侧面上形成腔体；
所述第二端头上加工有通气孔，通气孔将支撑框架与第二端头形成的腔体与真空侧导通；
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框架与第二端头形成的腔体内，销设置在第三陶瓷管，将支撑定位盘固定在支撑框架与第二端头形成的腔体内；
所述支撑定位盘与第二端头左端面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；
所述带电水管左端依次穿过第二端头，支撑定位盘和支撑框架伸出。
6.根据权利要求5所述的一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件，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；
所述导向金属管沿轴向加工有两个孔，第一端头与导向金属管对应位置也加工有两个孔，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依次穿过导向金属管和第一端头加工的孔与法兰管内部腔体导通，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6所述的一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件，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外导出与外部系统连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于聚变堆真空侧的串联式带电水路贯穿件，其特征在于：该贯穿件还包括第四陶瓷管和第五陶瓷管；
所述第四陶瓷管设置在第二层电绝缘约束结构内，第四陶瓷管右端设置在隔套内，第四陶瓷管左端伸入支撑框架与第二端头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框架与第二端头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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