CN113936814B - 用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，包含活套法兰组件、导向支撑杆、绝缘轴、推拉管/轴、异形法兰、金属波纹管、步进电机以及斜拉杆支撑等零部件。其中活套法兰一端安装在真空室中平面法兰盖上，另一端与焊有金属波纹管的异形法兰对接金属密封固定。金属波纹管另一端则焊接至可移动异形法兰上。各异形法兰上均通过导向杆连接。与步进电机连接的异形法兰通过斜拉杆连接至真空室法兰盖上。其有益效果在于：可移动真空边界密封结构能使真空室内的孔栏组件或其他真空室内部件径向移动灵活且径向移动距离精度高，精度误差可控制在0.1mm内，可移动径向距离范围大，移动距离值大于15cm，满足其物理实验功能需求。
Description
技术领域
本发明属于一种用于磁约束核聚变装置真空技术领域，具体涉及一种用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构。
背景技术
在磁约束核聚变装置中，位于真空室内的孔栏部件主要用于限制等离子体边界，其可有效避免超高温等离子体与真空室壁接触而保护了真空室。孔栏部件可以是活动的，也可以是固定。其中活动孔栏可用来调节等离子体小半径，满足不同的物理实验需求。活动孔栏的一部分零部件位于真空室内，如面向等离子体刮离结构及其相关支撑部件，其余大多数零部件位于真空室外。同时，对于磁约束核聚变装置为等离子体运行提供高质量的真空环境，需对其真空室进行高温烘烤，烘烤温度最高可达350℃。因此，磁约束核聚变装置上的所有边界结构也需同时满足耐高温的需求，故活动孔栏连接真空室内、外的零部件的真空边界密封结构亦需满足此耐温要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，该结构高精度主要体现在其移动时稳定性好，进而其移动过程的控制精度高，同时该结构最高温度可耐350℃。
本发明的技术方案如下：用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，它包括真空室中平面窗口法兰盖、活套法兰组件、金属波纹管及其中部支撑组件、推/拉管轴、支撑导轨、导向支撑杆、绝缘轴、步进电机、固定异性法兰和可移动异形法兰，所述的真空室中平面窗口法兰盖与真空室壳体法兰相连接，所述的活套法兰的一端法兰通过金属刀口密封结构形式固定至真空室中平面窗口法兰盖上，金属波纹管中部设有金属波纹管支撑组件，用于支撑金属波纹管支撑组件的是支撑导轨，可移动异形法兰一端与推拉管通过焊接进行相连，另一端与推拉轴通过焊接相连，推拉轴与步进电机相连，两个固定异形法兰通过四个角的导向支撑杆进行固定连接，导向支撑杆开有螺纹，导向支撑杆与可移动异形法兰相连接处均设有金属软材料。
所述的固定异形法兰与导向支撑杆通过导向支撑杆螺母固定，还与斜拉杆进行固定。
所述的斜拉杆呈“八”字型，另一端与真空室中平面窗口法兰盖进行固定。
所述的活套法兰的另一端法兰与固定异形法兰亦采用金属刀口密封结构形式，其作用亦为耐高温性。
所述的第一固定异形法兰与金属波纹管采用焊接方式进行密封。
所述的金属波纹管的另一端与第二可移动异形法兰的连接方式亦为焊接，
所述的第二可移动异形法兰与第一可移动异形法兰通过金属刀口密封方式进行密封。
所述的绝缘轴主要用于当等离子体放电期间，防止刮离层结构上的电流流至真空室外侧，其材料主要使用聚酰亚胺。
所述的推拉管是空心的。
所述的推拉管上开有多处小孔。
本发明的有益效果在于：可移动真空边界密封结构稳定性好，控制精度高，耐热效果俱佳，结构灵活。该真空边界结构的可移动性、精度高、耐高温等特点，不仅可用于磁约束核聚变装置真空室内高精确控制移动距离的相关部件或系统上，还可以用于其他高温高精度真空领域，可有效推动真空领域的发展。
附图说明
图1为本发明所提供的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构示意图；
图2为本发明所提供的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构沿对称面的剖面结构示意图；
图3为本发明所提供的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构的活套法兰区域真空边界结构示意图；
图4为本发明所提供的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构的步进电机推拉区域的真空密封边界结构示意图。
其中：1刮离层结构上支撑，2真空室中平面窗口法兰盖，3活套法兰组件，4第一固定异形法兰，5导向支撑杆，6金属波纹管中部支撑组件，7支撑导轨，8金属波纹管，9第一可移动异形法兰，10步进电机，11第二固定异形法兰，12推拉轴，13斜拉杆支撑，14刮离层结构下支撑，15真空室中平面窗口子窗口，16刮离层结构，17第二可移动异形法兰，18推拉管，19绝缘轴，20螺栓，21活套法兰组件的一端法兰，22M8内六角螺钉，23活套法兰组件的另一端法兰，24M8外六角螺栓，25上下端支撑导轨螺母，26导向支撑杆螺母，27M6螺栓，28M14螺栓，29软金属材料，30M8外六角螺栓。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构主要为活动孔栏部件提供高精度且耐高温的可移动真空密封边界结构。
具体包括真空室中平面窗口法兰盖、活套法兰组件、金属波纹管及其中部支撑组件、推/拉管轴、支撑导轨、导向支撑杆、绝缘轴、步进电机、系列固定异性法兰和可移动异形法兰等零部件。
真空室中平面窗口法兰盖2与真空室壳体法兰相连接，采用台阶密封结构形式。真空室中平面窗口法兰盖2结构形式不局限于本发明结构形式，可随真空室壳体法兰结构形式变化而变化。当法兰盖结构符合国家标准法兰尺寸时，可采用国标进行设计。
活套法兰的一端法兰21通过金属刀口密封结构形式固定至真空室中平面窗口法兰盖2上，有利于该结构在真空室本体高温烘烤时的耐高温性能。活套法兰的另一端法兰23与固定异形法兰4亦采用金属刀口密封结构形式，其作用亦为耐高温性。活套法兰组件3的使用有利于两端法兰与各自相连接部件的螺栓孔对位安装。
第一固定异形法兰4与金属波纹管8采用焊接方式进行密封。金属波纹管8的另一端与第二可移动异形法兰17的连接方式亦为焊接。第二可移动异形法兰17与第一可移动异形法兰9通过金属刀口密封方式进行密封。由于金属波纹管8的拉伸距离相对较长，最长达15cm，为克服其重力，在金属波纹管8中部设计有金属波纹管支撑组件6，该组件可随波纹管的移动而移动，用于支撑金属波纹管支撑组件的是支撑导轨7。
可移动异形法兰9一端与推拉管18通过焊接进行相连，另一端则与推拉轴12通过焊接相连。推拉轴12与步进电机10相连。当步进电机10收到指令后，可使第一可移动异形法兰9精确移动，通过联动机械零部件推拉管18，绝缘轴19进而使刮离层结构16移动，其最大移动距离15cm。其中绝缘轴19主要用于当等离子体放电期间，防止刮离层结构16上的电流流至真空室外侧，其材料主要使用聚酰亚胺。此外，推拉管18是空心的，为避免真空腔体内存在死空间，在推拉管18上开有多处小孔，用于抽真空。
两个固定异形法兰通过四个角的导向支撑杆5进行固定连接。导向支撑杆5既可作为固定结构件，也可作为可移动异形法兰9的导向轨道。导向支撑杆5的端部直径略微缩小，且开有螺纹，其主要作用便于与两个固定异形法兰连接固定。导向支撑杆5与可移动异形法兰9相连接处均设计有金属软材料29防止各自本底材料的磨损。固定异形法兰11除上述中与导向支撑杆5通过导向支撑杆螺母26固定之外，还与斜拉杆13进行固定。斜拉杆13呈“八”字型，另一端与真空室中平面窗口法兰盖2进行固定。斜拉杆13主要的作用在于提高步进电机10工作时的稳定性能，进而有效提高此可移动真空边界密封结构的移动精度，其精度误差将控制在0.1mm以内。
高精度且耐温高的可移动真空边界密封结构由真空室中平面窗口法兰盖、活套法兰组件、金属波纹管及其中部支撑组件、推/拉管轴、支撑导轨、导向支撑杆、绝缘轴、步进电机以及系列异性法兰等零部件组成。其中，真空室中平面窗口法兰盖与真空室直接相连，活套法兰组件固定至真空室中平面窗口法兰盖上，此处用活套法兰组件可有效降低法兰孔对位难度。支撑导轨和导向支撑杆用于步进电机工作过程中的提高其稳定性，进而提高移动精度，其精度误差小于0.1mm。绝缘轴主要用于防止刮离层结构件与等离子体放电时接触而使外部部件导电。各真空边界密封相连接处，除与金属波纹管真空密封连接采用焊接方式之外，其余均采用金属垫圈进行密封，该方式有利于可移动真空边界结构的运行维护。
本发明不限于上述实施例，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (10)
1.用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：它包括真空室中平面窗口法兰盖、活套法兰组件、金属波纹管及其中部支撑组件、推/拉管轴、支撑导轨、导向支撑杆、绝缘轴、步进电机、固定异性法兰和可移动异形法兰，所述的真空室中平面窗口法兰盖与真空室壳体法兰相连接，所述的活套法兰的一端法兰通过金属刀口密封结构形式固定至真空室中平面窗口法兰盖上，金属波纹管中部设有金属波纹管支撑组件，用于支撑金属波纹管支撑组件的是支撑导轨，第一可移动异形法兰一端与推拉管通过焊接进行相连，另一端与推拉轴通过焊接相连，推拉轴与步进电机相连，两个固定异形法兰通过四个角的导向支撑杆进行固定连接，导向支撑杆开有螺纹，导向支撑杆与第一可移动异形法兰相连接处均设有金属软材料。
2.如权利要求1所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的固定异形法兰与导向支撑杆通过导向支撑杆螺母固定，其中，第二固定异形法兰还与斜拉杆进行固定。
3.如权利要求2所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的斜拉杆呈“八”字型，另一端与真空室中平面窗口法兰盖进行固定。
4.如权利要求1所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的活套法兰的另一端法兰与第一固定异形法兰亦采用金属刀口密封结构形式，其作用亦为耐高温性。
5.如权利要求4所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的第一固定异形法兰与金属波纹管采用焊接方式进行密封。
6.如权利要求1所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的金属波纹管的另一端与第二可移动异形法兰的连接方式亦为焊接。
7.如权利要求6所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的第二可移动异形法兰与第一可移动异形法兰通过金属刀口密封方式进行密封。
8.如权利要求1所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的绝缘轴主要用于当等离子体放电期间，防止刮离层结构上的电流流至真空室外侧，其材料主要使用聚酰亚胺。
9.如权利要求1所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的推拉管是空心的。
10.如权利要求1所述的用于磁约束核聚变装置孔栏的可移动真空边界密封结构，其特征在于：所述的推拉管上开有多处小孔，其作用主要在于超高真空中避免存在死空间。
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