CN113851232A - 一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法，包括内靶板组件、外靶板组件、冷却水管、水盒端盖及固定螺栓等，无穹顶结构。内靶板组件和外靶板组件可独立在真空室内进行拆卸及安装，进行分离式维护；内靶板组件和外靶板组件的面对等离子体侧以弧面形式过渡至原穹顶位置，并在此位置交叉接合形成正面维护区域，接合处的间隙作为偏滤器的抽气通道，具有更高的抽气效率。以内靶板组件为例，按以下步骤实现正面维护操作：维护侧去除水盒端盖、维护侧分离冷却水管、真空室内拆卸内靶板组件、真空室外维护内靶板组件、真空室内安装内靶板组件、维护侧焊接冷却水管、维护侧焊接内靶板水盒端盖。维护过程具有易操作、快捷、高效、安全等优点。

Description

一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法
技术领域
本发明涉及托卡马克聚变装置的偏滤器工程技术应用领域，主要涉及一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法。
背景技术
偏滤器作为托卡马克聚变装置内部的核心部件，在进行等离子体放电运行时，高能粒子频繁的轰击作用会对面对等离子体部件产生较大的影响，极易造成材料及结构损伤，从而影响实验运行效果，对其进行定期维护是不可缺少的环节。
目前的主流偏滤器为内靶板、穹顶、外靶板通过共有的支撑所形成的整体式结构，穹顶处于内靶板和外靶板中间位置(附图1)。所有部件固连在一起形成完整的单个偏滤器；内靶板、穹顶、外靶板通过波纹管等过渡管道结构将内部水道串联成一条水路，再与真空室主水路连接，如ITER、JT-60SA以及EAST等；内靶板、穹顶及外靶板的接合处的微小间隙作为偏滤器的抽气通道；
虽然内靶板、穹顶及外靶板可单独从偏滤器上拆卸及维护，但此单独拆卸维护需要在真空室外进行，因此任何一个或两个部件(内靶板、穹顶、外靶板或过渡管道等)的维护都需要将整体偏滤器从真空室内拆卸下来，转移至真空室外，维护完成后再安装到真空室内。在此维护过程中，增加了大量无意义的拆卸及安装工作，且重复的拆装会增加部件损伤及污染的风险；单个偏滤器尺寸大且重，在有限的真空室内操作极不便利。因此，考虑对整个偏滤器组件各部件进行模块化设计，维护时使用分离式维护方案，降低维护难度，提高维护效率。
传统的偏滤器内靶板、穹顶及外靶板接合位置热负荷能力较弱，而此处又处于等离子体打击点区域，接合间隙较小，作为抽气通道其抽气能力同样受到限制，影响装置的运行效果。因此考虑通过结构优化，提高偏滤器抽气能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法，以克服现有技术的不足。本发明公开的一种便于正面维护的偏滤器结构无穹顶结构；内靶板组件和外靶板组件满足分离式维护需求，降低了维护难度，提高了维护效率；将远离打击点的弱热负荷区域作为正面维护区域，拥有最小化的正面维护区域尺寸，降低了靶板被烧蚀损伤风险；此正面维护区域兼顾抽气口的作用，具有更高的抽气效率。整体结构具有易操作、快捷、高效、安全等优点。
本发明从偏滤器维护操作及结构安全方面进行考虑，给出了新的偏滤器结构设计，整体包括内靶板组件和外靶板组件，冷却水管，水盒端盖及固定螺栓等，无穹顶结构。内靶板组件和外靶板组件满足分离式维护需求；正面维护区域设置在内靶板组件和外靶板组件接合处，并作为抽气通道，远离等离子体打击点区域；同时将冷却水管设置于靶板组件后方。整体结构设计提高了系统运行安全性，正面维护时操作便捷，提高了维护效率。最后，分别给出了详细的内靶板组件和外靶板组件正面维护操作步骤。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种便于正面维护的偏滤器结构，包括内靶板组件、外靶板组件、冷却水管、水盒端盖及固定螺栓等。本偏滤器结构无穹顶结构。
内靶板组件和外靶板组件的面对等离子体侧以弧面形式过渡至二者的接合处(即原偏滤器穹顶位置)，并在此处以交叉形式接合形成正面维护区域，此接合处留有间隙作为偏滤器的抽气通道。此正面维护区域空间尺寸小且远离等离子体位形线，属于弱热负荷区，在保证抽气效率及满足维护空间需求的同时大大降低了偏滤器受热负荷损伤的风险，提高偏滤器寿命。维护过程中内靶板组件和外靶板组件可独立在真空室内进行拆卸及安装。
所述的内靶板组件包含若干个内靶板和内支撑，此若干个内靶板内部的冷却水道通过端部的内靶板连接水管在内靶板水盒处串联，并在内靶板水盒处与内靶板冷却水管串联成完整的冷却水道，再连接至真空室主水路；内靶板组件通过固定螺栓安装在真空室内预设的轨道上；安装面处于水平和垂直方向，便于内靶板组件的安装调试。内靶板组件可以单独进行拆卸及安装。
所述的外靶板组件同样包含若干个外靶板和外支撑，此若干个外靶板内部的冷却水道通过端部的外靶板连接水管在外靶板水盒处串联，并由外靶板引出水管串联至至真空室主水路。外靶板组件同样通过固定螺栓安装在真空室内预设的轨道上；安装面处于水平和垂直方向。外靶板组件可以单独进行拆卸及安装。
所述的内靶板和外靶板预设有带孔的靶板连接座，与支撑上预设的带孔的支撑连接座通过销钉连接定位，销钉在调节完毕后进行固定；在需要对内靶板或外靶板进行维护时，将销钉拆除后即可将其与支撑分离。
所述的冷却水管共有两路，分别独立连接于内靶板组件和外靶板组件，从真空室主水路引入，经内部循环后再独立引出至真空室主水路。所述的真空室主水路已预设在真空室内(外靶板组件侧)。
进一步地，冷却水管分两路分别将内靶板组件和外靶板组件连接至真空室主水路上；与内靶板组件连接的冷却水管在正面维护区域维护侧的对侧插入内靶板水盒内进行焊接连接，然后跨过外靶板组件后连接至真空室主水路；与外靶板组件连接的冷却水管与外靶板上预设的外靶板引出水管焊接连接，再与真空室主水路连接。所述的冷却水管全部处于靶板组件后方，更加安全且不影响维护作业。
进一步地，水盒端盖及固定螺栓处于正面维护区域的中间位置，使维护区域具有最小化的空间尺寸。
进一步地，所述的水盒端盖在正面维护区域维护侧对内靶板水盒进行密封，在维护时可去除以及焊接密封。
所述的固定螺栓作用在于：在安装内靶板组件和外靶板组件时，结合一定的测量手段及不同规格的垫片，使内靶板组件和外靶板组件以所需的空间位置精度固定安装于真空室内。固定螺栓有垂直安装固定螺栓和水平安装固定螺栓两种。
如上任一所述的一种便于正面维护的偏滤器结构的操作方法，所述的正面维护过程中的操作步骤包括内靶板组件正面维护操作步骤和外靶板组件正面维护操作步骤。
进一步的，所述的内靶板组件正面维护操作步骤为：
步骤一：使用工具在正面维护区域维护侧去除水盒端盖；
步骤二：将工具从正面维护区域维护侧插入内靶板水盒内，将内靶板冷却水管与内靶板水盒分离；
步骤三：从维护侧将固定螺栓从真空室内拆卸，并取下内靶板组件，移出真空室；
步骤四：真空室外完成内靶板组件的维护；
步骤五：将维护完成的内靶板组件预安装在真空室内的轨道上，并将内靶板冷却水管插入内靶板水盒内预连接；
步骤六：辅以测量手段及不同规格垫片，将内靶板组件准确安装固定在真空室内的轨道上；
步骤七：从维护侧将内靶板冷却水管与内靶板水盒焊接连接；
步骤八：从维护侧将水盒端盖焊接在内靶板水盒上，形成封闭的内靶板冷却水道；
所述的外靶板组件正面维护操作步骤为：
步骤一：将外靶板冷却水管与外靶板引出水管分离；
步骤二：从维护侧将固定螺栓从真空室内拆卸，并取下外靶板组件，移出真空室；
步骤三：真空室外完成外靶板组件的维护；
步骤四：将维护完成的外靶板组件预安装在真空室内的轨道上；
步骤五：辅以测量手段及不同规格垫片，将外靶板组件准确安装固定在真空室内的轨道上。
步骤六：外靶板冷却水管与真空室主水路焊接连接。
有益效果：
一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法，通过组合设计，包含内靶板组件、外靶板组件、冷却水管、水盒端盖及固定螺栓等，无穹顶结构，并可对内靶板组件和外靶板组件进行单独的维护操作，提高了维护效率；将正面维护区域设置在内靶板组件和外靶板组件接合处，处于远离等离子体打击点的弱热负荷区域，且尺寸最小化处理，靶板组件更加安全；抽气通道处于正面维护区域，具有更高的抽气效率；冷却水管隐藏于靶板支撑后方，降低了部件被烧蚀损伤的风险。此偏滤器结构提高了系统运行安全性，延长了偏滤器的使用寿命；整体结构及操作方法具有易操作、快捷、高效、安全的优点。
附图说明
图1为原偏滤器结构示意图；
图2、图3为不同视角偏滤器结构示意图；
图4为内靶板组件结构详图；
图5为外靶板组件结构详图；
图6为靶板与支撑的连接方式爆炸示意图。
附图中序号说明：01.原偏滤器内靶板；02.原偏滤器穹顶；03.原偏滤器外靶板；04.原偏滤器支撑；1.内靶板组件；11.内靶板；12.内支撑；13.内靶板连接水管；14.内靶板水盒；15.内靶板垂直安装固定螺栓；16.内靶板水平安装固定螺栓；2.外靶板组件；21外靶板；22.外支撑；23.外靶板连接水管；24.外靶板水盒；25.外靶板垂直安装固定螺栓；26.外靶板水平安装固定螺栓；27.外靶板连接座；28.外支撑连接座；29.销钉；210.外靶板引出水管；3.冷却水管；31.内靶板冷却水管；32.外靶板冷却水管；4.真空室主水路；5.真空室；6.轨道；7.等离子体位形线；8.水盒端盖；9.正面维护区域。
具体实施方式
为详细说明本发明一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法，以下结合附图详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，原偏滤器结构由原偏滤器内靶板01、原偏滤器穹顶02、原偏滤器外靶板03通过共有的原偏滤器支撑04形成整体式结构，原偏滤器穹顶02处于原偏滤器内靶板01和原偏滤器外靶板03中间位置。
如图2和图3所示，并结合图4和图5，一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法，其结构包括内靶板11和内支撑12组成的内靶板组件1，外靶板21和外支撑22组成的外靶板组件2，冷却水管3、水盒端盖8及相应的固定螺栓等。所述的偏滤器结构无穹顶结构。内靶板组件1和外靶板组件2的面对等离子体侧以弧面形式过渡至原偏滤器穹顶02的中间位置，并在此位置交叉接合形成正面维护区域9，接合处留有间隙作为偏滤器的抽气通道。此正面维护区域9空间尺寸小且远离等离子体位形线7，属于弱热负荷区，在保证抽气效率及满足维护空间需求的同时大大降低了偏滤器受热负荷损伤的风险。
冷却水管3分两路分别将内靶板组件1和外靶板组件2连接至已预设的真空室主水路4上。与内靶板组件1连接的内靶板冷却水管31由正面维护区域9维护侧的对侧位置插入内靶板水盒14内，从维护侧进行焊接连接，再跨过外靶板组件2连接至真空室主水路4，水盒端盖8从维护侧对内靶板水盒14进行焊接密封；与外靶板组件2连接的外靶板冷却水管32与外靶板21预设的外靶板引出水管210对接焊接，再与真空室主水路4连接。
如图4和图5所示，内靶板组件1通过内靶板垂直安装固定螺栓15和内靶板水平安装固定螺栓16以整件形式安装在真空室5内预设的轨道6上，并可从真空室5内单独拆卸及安装。外靶板组件2通过外靶板垂直安装固定螺栓25和外靶板水平安装固定螺栓26以整件形式安装在真空室5内预设的轨道6上，并可从真空室5内单独拆卸及安装。安装面为垂直方向及水平方向，便于整体安装调试。
进一步的，内靶板组件1由若干个内靶板11和内支撑12组成，内靶板11内部的冷却水道通过内靶板连接水管13在内靶板水盒14处串联，并在内靶板水盒14处与内靶板冷却水管31串联成完整的冷却水道连接至真空室主水路4；
外靶板组件2也由若干个外靶板21和外支撑22组成，外靶板21内部的冷却水道通过外靶板连接水管23在外靶板水盒24处串联，并在外靶板引出水管210处与外靶板冷却水管32串联成完整的冷却水道连接至真空室主水路4；
内靶板11和内支撑12的连接、外靶板21和外支撑22之间的连接方式相同。如图6所示，以外靶板组件2为例，外靶板连接座27与外靶板21已预先固连，外支撑连接座28与外支撑22也已预先固连，通过销钉29将外靶板连接座27和外支撑连接座28精确装配即可形成完整的外靶板支撑组件2。
一种便于正面维护的偏滤器结构及其操作方法的具体维护操作方法分内靶板组件1正面维护操作步骤和外靶板组件2正面维护操作步骤两种情况，具体说明如下：
内靶板组件1正面维护操作步骤为：
步骤一：使用适当的工具在正面维护区域9维护侧去除水盒端盖8；
步骤二：将适当的工具从正面维护区域9维护侧插入内靶板水盒14内，将内靶板冷却水管31与内靶板水盒14分离；
步骤三：使用扳手从维护侧将内靶板垂直安装固定螺栓15和内靶板水平安装固定螺栓16从真空室内拆卸，并取下内靶板组件1，移出真空室5；
步骤四：真空室5外完成内靶板组件1的维护；
步骤五：将维护完成的内靶板组件1预安装在真空室5内的轨道6上，并将内靶板冷却水管31插入内靶板水盒14内预连接；
步骤六：辅以测量手段及不同规格垫片，使用扳手将内靶板组件1准确安装固定在真空室5内的轨道6上；
步骤七：从维护侧将内靶板冷却水管31与内靶板水盒14焊接连接；
步骤八：从维护侧将水盒端盖8焊接在内靶板水盒14上，形成封闭的内靶板冷却水道；
外靶板组件2正面维护操作步骤为：
步骤一：将外靶板冷却水管32与外靶板引出水管210分离；
步骤二：使用扳手从维护侧将外靶板垂直安装固定螺栓25和外靶板水平安装固定螺栓26从真空室内拆卸，并取下外靶板组件2，移出真空室5；
步骤三：真空室5外完成外靶板组件2的维护；
步骤四：将维护完成的外靶板组件2预安装在真空室5的轨道6上；
步骤五：辅以测量手段及不同规格垫片，使用扳手将外靶板组件2准确安装固定在真空室5内的轨道6上；
步骤六：外靶板冷却水管32与真空室主水路4焊接连接。
尽管上述实施方式对本发明进行了详细的描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但本发明不限于具体实施方式范围。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，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种便于正面维护的偏滤器结构，其特征在于，包括内靶板组件、外靶板组件、冷却水管、水盒端盖及固定螺栓；其特征在于：所述的偏滤器结构无穹顶结构，内靶板组件和外靶板组件的面对等离子体侧以弧面形式过渡至二者的接合处，并在此处交叉接合形成正面维护区域，接合处留有间隙作为偏滤器的抽气通道；维护过程中内靶板组件和外靶板组件可独立在真空室内进行拆卸及安装。
2.根据权利要求1所述的一种便于正面维护的偏滤器结构，其特征在于：水盒端盖及固定螺栓处于正面维护区域的中间位置，使维护区域具有最小化的空间尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种便于正面维护的偏滤器结构，其特征在于：冷却水管分两路分别将内靶板组件和外靶板组件连接至真空室主水路上，且隐藏在靶板组件后面；与内靶板组件连接的冷却水管在正面维护区域维护侧的对侧插入内靶板水盒内进行焊接连接，然后跨过外靶板组件后连接至真空室主水路；与外靶板组件连接的冷却水管与外靶板上预设的外靶板引出水管焊接连接，再与真空室主水路连接。
4.根据权利要求1所述的一种便于正面维护的偏滤器结构，其特征在于：所述的水盒端盖在正面维护区域维护侧对内靶板水盒进行密封，在维护时可去除以及焊接密封。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种便于正面维护的偏滤器结构的操作方法，其特征在于：包括内靶板组件正面维护操作步骤和外靶板组件正面维护操作步骤；
所述的内靶板组件正面维护操作步骤为：
步骤一：使用工具在正面维护区域维护侧去除水盒端盖；
步骤二：将工具从正面维护区域维护侧插入内靶板水盒内，将内靶板冷却水管与内靶板水盒分离；
步骤三：从维护侧将固定螺栓从真空室内拆卸，并取下内靶板组件，移出真空室；
步骤四：真空室外完成内靶板组件的维护；
步骤五：将维护完成的内靶板组件预安装在真空室内的轨道上，并将内靶板冷却水管插入内靶板水盒内预连接；
步骤六：辅以测量手段及不同规格垫片，将内靶板组件准确安装固定在真空室内的轨道上；
步骤七：从维护侧将内靶板冷却水管与内靶板水盒焊接连接；
步骤八：从维护侧将水盒端盖焊接在内靶板水盒上，形成封闭的内靶板冷却水道；
所述的外靶板组件正面维护操作步骤为：
步骤一：将外靶板冷却水管与外靶板引出水管分离；
步骤二：从维护侧将固定螺栓从真空室内拆卸，并取下外靶板组件，移出真空室；
步骤三：真空室外完成外靶板组件的维护；
步骤四：将维护完成的外靶板组件预安装在真空室内的轨道上；
步骤五：辅以测量手段及不同规格垫片，将外靶板组件准确安装固定在真空室内的轨道上；
步骤六：外靶板冷却水管与真空室主水路焊接连接。
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