CN111863289A - 用于托卡马克装置观察窗的护窗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，包括波纹管密封直接转轴、双联式万向节、支撑座、连接件和挡板，所述支撑座可拆卸式安装在托卡马克真空室法兰内侧壁上，所述连接件转动设置在支撑座上，所述连接件一端与用于遮挡石英玻璃观察窗的挡板连接，另一端通过双联式万向节与波纹管密封直接转轴连接，所述波纹管密封直接转轴安装在托卡马克真空室法兰外侧，所述波纹管密封直接转轴、双联式万向节、连接件和挡板的数量均至少为2个，多个挡板分层设置。本发明解决了现有传动结构对制造和安装精度要求高、易被破坏，且对多页挡板的运动进行控制时导致结构复杂的问题。

Description

用于托卡马克装置观察窗的护窗装置
技术领域
本发明涉及磁约束核聚变实验装置领域，具体涉及用于托卡马克装置观察窗的护窗装置。
背景技术
受控核聚变能具有储量丰富、环境友好、固有安全等突出优势，受到全世界高度关注。为发生聚变反应，等离子体必须达到足够高的温度和密度。托卡马克作为一种磁约束核聚变实验装置，是未来受控核聚变能实现商用化的备选方案之一。托卡马克的主要特点是高温等离子体被强磁场约束在环形真空室中，真空室中极限真空度约10-5至10-6Pa。托卡马克装置上，常利用各种光学诊断观测等离子体。通过测量等离子体发出的可见光辐射的特性，可获得等离子体温度和密度等参数。
等离子体发出的光透过托卡马克真空室法兰上的石英玻璃观察窗后，由后端光学系统收集。然而，为提高等离子体品质，常采用辉光放电清洗、壁硅化等手段清除真空室壁附着的杂质。如不对观察窗进行保护，观察窗内表面将很容易镀膜，导致光透过率大大降低，光学诊断性能下降。严重情况下，将导致光学诊断系统不可用。尤其对于未来的国际热核实验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER)，必须保证必要的光学诊断正常工作。因此，对观察窗进行有效保护是非常重要的。
国际上采用护窗装置对托卡马克装置观察窗进行保护。通过护窗装置中的传动结构，控制真空室内部的挡板进行运动，以实现诊断系统不运行时遮挡观察窗、而诊断系统运行时不遮挡观察窗的功能。
目前，托卡马克装置观察窗的护窗装置一般采用齿轮或丝杠传动，以及单叶挡板的设计。一方面，齿轮或丝杠传动要求较高的制造和安装精度，托卡马克放电时，高温等离子体可能会引起齿轮或丝杠表面材料溅射而被腐蚀，破坏齿轮或丝杠正常工作；另一方面，为不影响真空室的真空值，真空室的观察窗数量有限，经常存在多个光学诊断系统共用一个观察窗的情形，单个挡板往往无法适应实际使用需求。此外，若利用齿轮或丝杠传动对多页挡板的运动进行控制，会使护窗装置的结构变得复杂，同时，受高温等离子体的影响，可靠性将进一步降低。
发明内容
本发明的目的在于提供用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，解决现有传动结构对制造和安装精度要求高、易被破坏，且对多页挡板的运动进行控制时导致结构复杂的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，包括波纹管密封直接转轴、双联式万向节、支撑座、连接件和挡板，所述支撑座可拆卸式安装在托卡马克真空室法兰内侧壁上，所述连接件转动设置在支撑座上，所述连接件一端与用于遮挡石英玻璃观察窗的挡板连接，另一端通过双联式万向节与波纹管密封直接转轴连接，所述波纹管密封直接转轴安装在托卡马克真空室法兰外侧，所述波纹管密封直接转轴、双联式万向节、连接件和挡板的数量均至少为2个，多个挡板分层设置。
本发明所述波纹管密封直接转轴和双联式万向节均为现有技术，所述波纹管密封直接转轴和双联式万向节构成传动机构，实现对连接件的转动，连接件转动带动挡板转动，所述托卡马克真空室法兰和石英玻璃观察窗均为托卡马克装置观察窗的部件之一；所述多个挡板分层设置具体是指多个挡板不在同一平面上，2个及2个以上挡板分别保护观察窗的各个部分，各挡板相对观察窗表面距离不同，各挡板运动时互不干扰。
本发明的发明构思在于：
采用双联式万向节传动的方式，通过转动托卡马克真空室外的波纹管密封直接转轴，控制真空室内挡板的运动，多个波纹管密封直接转轴分别控制对应的多个挡板，实现观察窗全开、部分开启或全闭的工作状态。
本发明采用双联式万向节传动，传动方式简易，对制造和安装精度要求较低，受高温等离子体影响较小，传动角度范围大，适用于不同角度的斜向窗口；观察窗不锈钢的挡板采用多层挡板设计，多层挡板相互不干扰，适用于多个光学诊断系统共用一个观察窗的情形，能够满足托卡马克装置观察窗的使用需求。
本发明所述护窗装置还具有结构紧凑、操作灵活、可靠性高的优点。
综上，本发明解决了现有传动结构对制造和安装精度要求高、易被破坏，且对多页挡板的运动进行控制时导致结构复杂的问题。
进一步地，支撑座包括L形底座，所述L形底座一端与托卡马克真空室法兰可拆卸式连接，另一端与固定板可拆卸式连接，所述连接件穿设在固定板上。
具体地，固定板上设置有用于安装连接件的孔位。
由于L形底座一端与托卡马克真空室法兰可拆卸式连接，另一端与固定板可拆卸式连接，可根据实际的托卡马克真空室法兰结构调整支撑座的角度然后采用螺栓固定，在托卡马克真空室法兰设置有螺纹孔，通过改变不锈钢支撑座相对于波纹管密封直接转轴的倾斜方向，来调节双联式万向节传动角度。
进一步地，挡板的上端面设置有加强筋。
所述加强筋的设置能够有效防止挡板变形。
进一步地，波纹管密封直接转轴、双联式万向节、连接件和挡板的数量均为2个，分别为波纹管密封直接转轴A和波纹管密封直接转轴B、双联式万向节A和双联式万向节B、连接件A和连接件B、挡板A和挡板B；
所述连接件A一端与挡板A连接，另一端通过双联式万向节A与波纹管密封直接转轴A连接；
所述连接件B一端与挡板B连接，另一端通过双联式万向节B与波纹管密封直接转轴B连接。
进一步地，挡板A和挡板B的上端面分别设置有十字加强筋A和十字加强筋B。
十字加强筋A和十字加强筋B能够有效防止挡板A和挡板B变形。
进一步地，十字加强筋A和十字加强筋B分别焊接在挡板A和挡板B上端面。
进一步地，挡板A和挡板B之间的间距与连接件A和连接件B之间的高度差相等。
进一步地，托卡马克真空室法兰上设置有用于穿过双联式万向节的通孔。
此外，真空室法兰通孔在法兰外侧一端焊接有用于安装波纹管密封直接转轴的直接转轴法兰接口。
进一步地，连接件为柱状结构。
进一步地，支撑座、连接件和挡板均采用不锈钢制成。
所述不锈钢为现有技术，具有耐腐蚀的优点。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明采用双联式万向节传动，传动方式简易，对制造和安装精度要求较低，受高温等离子体影响较小，传动角度范围大，适用于不同角度的斜向窗口；观察窗不锈钢的挡板采用多层挡板设计，多层挡板相互不干扰，适用于多个光学诊断系统共用一个观察窗的情形，能够满足托卡马克装置观察窗的使用需求。
2、本发明所述护窗装置还具有结构紧凑、操作灵活、可靠性高的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是护窗装置的结构示意图；
图2是护窗装置应用于托卡马克真空室法兰的一个石英玻璃观察窗的内侧示意图；
图3是护窗装置应用于托卡马克真空室法兰的一个石英玻璃观察窗的外侧示意图；
图4为护窗装置的挡板全开示意图；
图5为护窗装置的挡板A开示意图；
图6为护窗装置的挡板B开示意图；
图7为护窗装置的挡板全闭示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-波纹管密封直接转轴A，2-波纹管密封直接转轴B，3-双联式万向节A，4-双联式万向节B，5-支撑座，6-连接件A，7-连接件B，8-挡板A，9-十字加强筋A，10-挡板B，11-十字加强筋B，12-托卡马克真空室法兰，13-石英玻璃观察窗。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-图3所示，用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，包括波纹管密封直接转轴、双联式万向节、支撑座5、连接件和挡板，所述支撑座5通过螺栓安装在托卡马克真空室法兰12内侧壁上，所述连接件转动设置在支撑座5上，所述连接件一端与用于遮挡石英玻璃观察窗13的挡板连接，另一端通过双联式万向节与波纹管密封直接转轴连接，所述波纹管密封直接转轴安装在托卡马克真空室法兰12外侧，具体地，所述托卡马克真空室法兰12上设置有用于穿过双联式万向节的通孔；
所述波纹管密封直接转轴、双联式万向节、连接件和挡板的数量均为2个，分别为波纹管密封直接转轴A1和波纹管密封直接转轴B2、双联式万向节A3和双联式万向节B4、连接件A6和连接件B7、挡板A8和挡板B10，所述连接件A6和连接件B7均为柱状结构；
所述连接件A6一端与挡板A8连接，另一端通过双联式万向节A3与波纹管密封直接转轴A1连接；
所述连接件B7一端与挡板B10连接，另一端通过双联式万向节B4与波纹管密封直接转轴B2连接；
挡板A8和挡板B10分层设置，即挡板A8设置在挡板B10上方，所述挡板A8和挡板B10之间的间距与连接件A6和连接件B7之间的高度差相等；
所述支撑座5包括L形底座，所述L形底座一端通过螺栓与托卡马克真空室法兰12连接，另一端通过螺栓与固定板连接，所述连接件穿设在固定板上。
在本实施例中，双联式万向节A3与波纹管密封直接转轴A1连接，进行传动，通过旋转波纹管密封直接转轴A1控制挡板A8的运动；双联式万向节B4与波纹管密封直接转轴B2连接，进行传动，通过旋转波纹管密封直接转轴B2控制挡板B10的运动；挡板A8与挡板B10之间的距离由连接件A6与连接件B7之间的高度差决定；挡板A8与挡板B10旋转所在平面由支撑座5的倾斜方向决定。
在本实施例中，通过真空室外的波纹管密封直接转轴控制真空室内的挡板进行运动，从而对观察窗进行保护。
本实施例所述护窗装置能够实现可根据实际实用需求，实现多种工作状态：
1)、挡板A8与挡板B10全开状态，如图4所示；2)、挡板A8开挡板B10关状态，如图5所示；3)、挡板A8关挡板B10开状态，如图6所示；4)、挡板A8与挡板B10全关状态，如图7所示。
实施例2：
如图1-图3所示，本实施例基于实施例1，所述挡板A8和挡板B10的上端面分别焊接有十字加强筋A9和十字加强筋B11。
实施例3：
如图1-图3所示，本实施例基于实施例1，所述支撑座5、连接件和挡板均采用不锈钢制成。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，包括波纹管密封直接转轴、双联式万向节、支撑座(5)、连接件和挡板，所述支撑座(5)可拆卸式安装在托卡马克真空室法兰(12)内侧壁上，所述连接件转动设置在支撑座(5)上，所述连接件一端与用于遮挡石英玻璃观察窗(13)的挡板连接，另一端通过双联式万向节与波纹管密封直接转轴连接，所述波纹管密封直接转轴安装在托卡马克真空室法兰(12)外侧，所述波纹管密封直接转轴、双联式万向节、连接件和挡板的数量均至少为2个，多个挡板分层设置。
2.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述支撑座(5)包括L形底座，所述L形底座一端与托卡马克真空室法兰(12)可拆卸式连接，另一端与固定板可拆卸式连接，所述连接件穿设在固定板上。
3.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述挡板的上端面设置有加强筋。
4.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述波纹管密封直接转轴、双联式万向节、连接件和挡板的数量均为2个，分别为波纹管密封直接转轴A(1)和波纹管密封直接转轴B(2)、双联式万向节A(3)和双联式万向节B(4)、连接件A(6)和连接件B(7)、挡板A(8)和挡板B(10)；
所述连接件A(6)一端与挡板A(8)连接，另一端通过双联式万向节A(3)与波纹管密封直接转轴A(1)连接；
所述连接件B(7)一端与挡板B(10)连接，另一端通过双联式万向节B(4)与波纹管密封直接转轴B(2)连接。
5.根据权利要求4所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述挡板A(8)和挡板B(10)的上端面分别设置有十字加强筋A(9)和十字加强筋B(11)。
6.根据权利要求5所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述十字加强筋A(9)和十字加强筋B(11)分别焊接在挡板A(8)和挡板B(10)上端面。
7.根据权利要求4所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述挡板A(8)和挡板B(10)之间的间距与连接件A(6)和连接件B(7)之间的高度差相等。
8.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述托卡马克真空室法兰(12)上设置有用于穿过双联式万向节的通孔。
9.根据权利要求1-8任一项所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述连接件为柱状结构。
10.根据权利要求1-8任一项所述的用于托卡马克装置观察窗的护窗装置，其特征在于，所述支撑座(5)、连接件和挡板均采用不锈钢制成。
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