CN112420221A - 一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，包括面对等离子体部件和盒体支撑，其中面向等离子体部件包括：內靶板区、外靶板区、拱顶板区，所述內靶板区包括內靶板、内返流板及内返流板过渡支撑，所述外靶板区包括、外靶板、外返流板及外返流板过渡支撑，所述拱顶板区包括拱顶板及拱顶板过渡支撑；所述盒体支撑中设有冷却主水管，内靶板区、拱顶板区、外靶板区内的冷却回路连接在主水管上，所述内靶板区、拱顶板区、外靶板区的固定螺栓和与盒体支撑中主水路连接的水管，位于內靶板和拱顶板以及外靶板和拱顶板之间的可操作空间下部，便于正面遥操作维护。

Description

一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构

技术领域

本发明涉及托卡马克聚变堆的偏滤器技术领域，主要涉及一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构。

背景技术

磁约束核聚变能被认为是未来最有可能解决人类能源危机的途径。托卡马克装置是研究磁约束核聚变能最富有成效的手段之一，其装置主机主要由偏滤器、包层、真空室、杜瓦、冷屏和磁体等组成。在装置运行过程中，由于芯部等离子体和内部部件(偏滤器和包层)第一壁相互作用致使偏滤器和包层在服役一段时间后会损坏，另外，聚变反应还会使内部部件受到放射性污染，因此，在装置维护期间，人员一般不能在现场维护，必须借助远程遥操作手段，通过远程机器人完成对内部部件的维护。对于偏滤器来说，比较成熟的维护方案是ITER单个偏滤器模块整体维护方案，其具体的做法是，首先利用机械臂进行管路切割，然后通过真空室内的偏滤器环向轨道，将偏滤器模块移动至下窗口处后，将整个偏滤器模块拖出至热室进行维护。由于单个偏滤器模块尺寸大、重量重，整体式维护方案对维护机构的性能要求高。同时，在等离子体与偏滤器相互作用过程中，造成损坏的是偏滤器面对等离子体部件(包括内靶板、外靶板和拱板区三个部件，其主要的构成材料是面对等离子体材料钨、中间过渡层材料铜、冷却热沉材料铬锆铜和支撑材料不锈钢)中的一个或二个或三个部件，而偏滤器下部盒体结构一般不会损坏，因此，偏滤器模块可考虑采用分离式维护方案，即内靶板、外靶板和拱板区单独进行维护。

传统偏滤器结构，如ITER偏滤器，主要由面对等离子体部件和盒体组成。面对等离子部件包括内靶板及其过渡支撑、外靶板及其过渡支撑、拱板区，拱板区又包括内返流板、拱顶板、外返流板及三者共用的过渡支撑。这种偏滤器结构，冷却剂都是通过盒体送入面对等离子体部件，致使进出內靶板及其过渡支撑、外靶板及其过渡支撑和拱板区的冷却管道都在过渡支撑背后，采用分离式维护方案时，机械臂需从其侧部进行切管，由于偏滤器模块之间的空间小，机械臂侧部切割管路需旋转自由度，这样就提高了维护的难度。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术方案的缺陷，提供一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，采用正面维护策略，对偏滤器各个面向等离子体部件进行单独维护。本发明公开的偏滤器结构中，內靶板和内返流板共用过渡支撑，外靶板和外返流板共用过渡支撑，拱顶板有单独的过渡支撑，同时，利用过渡支撑之间的间隙，布置了为三个部件提供冷却剂的进出管道和水盒，这样，对于分离式维护方案，可利用內靶板和拱顶板以及外靶板和拱顶板之间的间隙，对三个面对等离子体部件进行正面水盒端盖和管道的切割和焊接，进而可较容易的实现分离式维护。这种偏滤器结构降低了对维护机构的性能要求，提高了维护机构的灵活性，具有省钱、稳定、安全、可靠等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，包括面对等离子体部件和盒体支撑，其中面向等离子体部件包括：內靶板区、外靶板区、拱顶板区，所述內靶板区包括內靶板、内返流板及内返流板过渡支撑，所述外靶板区包括、外靶板、外返流板及外返流板过渡支撑，所述拱顶板区包括拱顶板及拱顶板过渡支撑；所述盒体支撑中设有冷却主水管，内靶板区、拱顶板区、外靶板区内的冷却回路连接在主水管上，其特征在于：所述内靶板区、拱顶板区、外靶板区的固定螺栓和与盒体支撑中主水路连接的水管，位于內靶板和拱顶板以及外靶板和拱顶板之间的可操作空间下部，便于正面遥操作维护。

进一步的，所述的内靶板区、拱顶板区和外靶板区中过渡支撑的端部水盒通过下部引出水管与盒体支撑的主水路相连；所述各过渡支撑端部水盒的上部有对应水管端盖，利用面对等离子体部件之间的间隙实现遥操作执行机构对该连接水管及其对应端盖进行切割和焊接。

进一步的，所述的内靶板区和外靶板区中的过渡支撑分别通过其背部的旋转机构和限位机构板以及固定螺栓与盒体支撑内侧面固定安装；所述的内靶板区、外靶板区的旋转机构安装在对应盒体支撑内壁凹槽中，定位机构通过其锥面及其上凸起机构安装在盒体支撑内壁凹槽中。

进一步的，所述的拱顶板区的过渡支撑与其对应的盒体支撑内侧面之间通过键槽机构以及固定螺栓固定安装。

根据本发明的另一方面，提出一种针对便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构的维护方法，包括如下步骤：

所述的内靶板区和外靶板区拆卸维护流程为：

第一步：机械臂从外靶板与拱顶板之间的空间，正面到达外靶板过渡支撑的端头水盒表面，对水管端盖进行切割，然后进入水盒内部对水管进行切割，出入水管操作相同；

第二步：对外靶板和外返流板的过渡支撑端部的螺栓进行拆除；

第三步：通过机械臂抓取，使外靶板区整体围绕旋转机构的圆柱进行一定角度旋转，从而使外靶板定位机构从盒体支撑定位凹槽中脱离；

第四步：外靶板区整体提升，移出真空室。

进一步的，所述的拱顶板区拆卸维护流程为：

第一步：机械臂从外靶板与拱顶板之间的空间，正面到达拱顶板过渡支撑的端头水盒表面，对水管端盖进行切割，然后进入水盒内部对水管进行切割，出入水管操作相同；

第二步：对拱顶板的螺栓进行拆除；

第三步：通过机械臂抓取，对拱顶板进行水平移动，将拱顶板过渡支撑键槽机构从盒体支撑凹槽中移出；

第四步：拱顶板区整体提升，移出真空室。

有益效果：

本发明通过面对等离子体部件之间的操作空间以及上述结构与机械臂的相互配合作业，实现了偏滤器面向等离子体部件的正面单独维护，包括正面切割、正面焊接和正面拆螺栓等，降低了对偏滤器维护机构的负载要求，提高了维护机构的灵活性，具有省钱、稳定、安全、高效、可靠等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的局部剖面放大示意图；

图3为盒体支撑和内靶板结构示意图；

图4为拱顶板拆卸流程示意图；

图5为外靶板拆卸流程示意图。

附图中序号说明：1内靶板，2内返流板，3拱顶板，4固定螺栓，5外返流板，6外靶板，7外靶板和外返流板的过渡支撑，8水盒端盖，9拱顶板过渡支撑，10盒体支撑，11内靶板和内返流板的过渡支撑，12盒体主冷却管引出管，13拱顶板水盒引出管，14拱顶板过渡支撑键槽机构，15拱顶板过渡支撑内部集流腔，16盒体支撑旋转机构凹槽，17盒体支撑定位机构凹槽，18外靶板过渡支撑集流盒，19外靶板过渡支撑旋转机构，20外靶板过渡支撑定位机构，21外靶板过渡支撑定位机构凸起，22盒体支撑键槽机构凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

参见附图1，一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，所述的偏滤器结构包括面向等离子体部件和盒体支撑10，其中面向等离子体部件包括：內靶板1、内返流板2及内靶板和内返流板的过渡支撑11；外靶板6、外返流板5及外靶板和外返流板的过渡支撑7；拱顶板3及拱顶板过渡支撑9。这里，內靶板1、内返流板2、拱顶板3、外返流板5、外靶板6，可采用由钨块、铜管和铬锆铜管制成穿管结构竖向并列而成；亦可采用钨板、铜板和铬锆铜腔体制成的平板结构，并与内靶板和内返流板的过渡支撑11、拱顶板过渡支撑9、外靶板和外返流板的过渡支撑7分别固结。为叙述方便，将内靶板1、内返流板2及内靶板和内返流板的过渡支撑11统称为內靶板区；将外靶板6、外返流板5及外靶板和外返流板的过渡支撑7统称为外靶板区；将拱顶板3及拱顶板过渡支撑9统称为拱顶板区。

参见附图2、4和5，所述的拱顶板区单独冷却，有一进一出两根冷却水管，通过拱顶板过渡支撑9端头水盒的引出管13即拱顶板水盒引出管，与设置有进出主水管的盒体支撑内的引出水管12即盒体支撑主冷却管引出管相连。冷却水通过盒体支撑10流入拱顶板区，通过所述拱顶板过渡支撑9流入拱顶板3。所述的内靶板区和外靶板区也是单独冷却，内靶板和内返流板的过渡支撑11和外靶板和外返流板的过渡支撑7各自的端头水盒和冷却方式等都与拱顶板区类似，即冷却水通过盒体支撑10流入内靶板区和外靶板区，通过所述内靶板和内返流板的过渡支撑11及外靶板和外返流板的过渡支撑7流入内靶板1、内返流板2和外返流板5、外靶板6。

参见附图2、4和5，所述拱顶板过渡支撑9的端头水盒与盒体支撑10之间留有～50mm间隙，通过连接盒体支撑10上的盒体支撑主冷却管引出管12和拱顶板水盒引出管13焊接实现联通。拱顶板水盒引出管13的水盒上表面具有水盒端盖8结构，水盒端盖8尺寸与水管12直径匹配，通过焊接将水盒端盖8和拱顶板过渡支撑9固接。所述内靶板和内返流板的过渡支撑11及外靶板和外返流板的过渡支撑7的端头水盒也与盒体支撑10之间留有～50mm间隙，其连接方式和结构均与拱顶版区类似。

参见附图1、3和5，所述外靶板区包含的外靶板和外返流板的过渡支撑7与盒体支撑10，通过外靶板过渡支撑旋转机构19，外靶板过渡支撑定位机构20和固定螺栓4与盒体支撑旋转机构凹槽16和盒体支撑定位机构凹槽17连接。所述内靶板区包含的内靶板和内返流板的过渡支撑11后的旋转机构及固定螺栓等设置均与外靶板和外返流板的过渡支撑7类似，盒体支撑10也有与内靶板和内返流板的过渡支撑11对应的定位机构凹槽。

参见附图1和4，所述拱顶板区包含的拱顶板过渡支撑9与盒体支撑10，通过固定螺栓4和拱顶板过渡支撑键槽机构14与盒体支撑10连接。

参见附图1，所述水盒端盖8与固定螺栓4均处于内靶板1和外靶板6与拱顶板3之间的空间，并不直接受到等离子体轰击，且该空间足够机械臂从真空室正面接近至内靶板和内返流板的过渡支撑11、外靶板和外返流板的过渡支撑7、拱顶板过渡支撑9端头水盒表面进行操作。

参见附图1和4，根据本发明的一个实施例，所述拱顶板区的正面维护流程，包括如下步骤：

第一步：机械臂从外靶板6与拱顶板3之间的空间，正面到达拱顶板过渡支撑9的端头水盒表面，对水盒端盖8进行切割，然后进入水盒内部对拱顶板水盒引出管13进行切割，出入水管操作相同；

第二步：对拱顶板的固定螺栓4进行拆除；

第三步：通过机械臂抓取，对拱顶板进行水平移动，将拱顶板过渡支撑键槽机构14从盒体支撑键槽机构凹槽22中移出；

第四步：拱顶板区整体提升，移出真空室。

参见附图1和5，根据本发明的一个实施例，所述外靶板区的正面维护流程，可分为四步：

第一步：机械臂从外靶板6与拱顶板3之间的空间，正面到达外靶板和外返流板的过渡支撑7的端头水盒表面，对水盒端盖8进行切割，然后进入水盒内部对类似于拱顶板水盒引出管13的水管进行切割，出入水管操作相同；

第二步：对外靶板和外返流板的过渡支撑7端部的固定螺栓4进行拆除；

第三步：通过机械臂抓取，使外靶板区整体围绕外靶板过渡支撑旋转机构19的圆柱进行一定角度旋转，从而使外靶板过渡支撑定位机构20从盒体支撑定位机构凹槽17中脱离；

第四步：外靶板区整体提升，移出真空室。

根据本发明的一个实施例，所述内靶板区的正面维护流程与外靶板类似。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，包括面对等离子体部件和盒体支撑，其中面向等离子体部件包括：內靶板区、外靶板区、拱顶板区，所述內靶板区包括內靶板、内返流板及内返流板过渡支撑，所述外靶板区包括、外靶板、外返流板及外返流板过渡支撑，所述拱顶板区包括拱顶板及拱顶板过渡支撑；所述盒体支撑中设有冷却主水管，内靶板区、拱顶板区、外靶板区内的冷却回路连接在主水管上，其特征在于：

內靶板和内返流板共用内返流板及内返流板过渡支撑，外靶板和外返流板共用外返流板及外返流板过渡支撑，拱顶板的过渡支撑为单独的过渡支撑，同时，利用过渡支撑之间的间隙，布置了为三个部件提供冷却剂的进出管道和水盒，具体的，所述内靶板区、拱顶板区、外靶板区的固定螺栓和与盒体支撑中主水路连接的水管，位于內靶板和拱顶板以及外靶板和拱顶板之间的可操作空间下部，便于正面遥操作维护。

2.根据权利要求1所述的一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，其特征在于：

所述的内靶板区、拱顶板区和外靶板区中过渡支撑的端部水盒通过下部引出水管与盒体支撑的主水路相连；所述各过渡支撑端部水盒的上部有对应水管端盖，利用面对等离子体部件之间的间隙实现遥操作执行机构对该连接水管及其对应端盖进行切割和焊接。

3.根据权利要求1所述的一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，其特征在于：

所述的内靶板区和外靶板区中的过渡支撑分别通过其背部的旋转机构和限位机构板以及固定螺栓与盒体支撑内侧面固定安装；所述的内靶板区、外靶板区的旋转机构安装在对应盒体支撑内壁凹槽中，定位机构通过其锥面及其上凸起机构安装在盒体支撑内壁凹槽中。

4.根据权利要求1所述的一种便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构，其特征在于：

所述的拱顶板区的过渡支撑与其对应的盒体支撑内侧面之间通过键槽机构以及固定螺栓固定安装。

5.一种针对权利要求1所述的便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构的维护方法，其特征在于，所述的拱顶板区拆卸维护流程包括如下步骤：

第一步：机械臂从外靶板与拱顶板之间的空间，正面到达拱顶板过渡支撑的端头水盒表面，对水管端盖进行切割，然后进入水盒内部对水管进行切割，出入水管操作相同；

第二步：对拱顶板的螺栓进行拆除；

第三步：通过机械臂抓取，对拱顶板进行水平移动，将拱顶板过渡支撑键槽机构从盒体支撑凹槽中移出；

第四步：拱顶板区整体提升，移出真空室。

6.一种针对权利要求1所述的便于正面遥操作维护的聚变堆偏滤器结构的维护方法，其特征在于，所述的内靶板区和外靶板区拆卸维护流程为：

第一步：机械臂从外靶板与拱顶板之间的空间，正面到达外靶板过渡支撑的端头水盒表面，对水管端盖进行切割，然后进入水盒内部对水管进行切割，出入水管操作相同；

第二步：对外靶板和外返流板的过渡支撑端部的螺栓进行拆除；

第三步：通过机械臂抓取，使外靶板区整体围绕旋转机构的圆柱进行一定角度旋转，从而使外靶板定位机构从盒体支撑定位凹槽中脱离；

第四步：外靶板区整体提升，移出真空室。

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