CN115188497A - 一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚变装置放电清洗技术，具体涉及一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，包括水平固定的绝缘连接板、竖直固定的支撑，以及同轴安装的绝缘保护件、绝缘定位件和绝缘承重件；绝缘承重件装配在绝缘连接板的预留工艺孔内，绝缘定位件安装在绝缘承重件上方，支撑同轴安装在绝缘承重件的轴向通孔和绝缘定位件的轴向通孔内，结构简洁、装配简单，可广泛适用于直流辉光放电清洗、射频/高频放电清洗及螺旋波放电清洗等各种聚变装置放电清洗的绝缘连接，亦可满足不同的绝缘结构，绝缘定位件和绝缘承重件可满足具有较大体积和重量的放电电极/天线的轴向承压、径向承重需求。
Description
技术领域
本发明属于聚变装置放电清洗技术，具体涉及一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件。
背景技术
放电清洗是获得聚变装置良好第一壁条件实现的基本手段之一，放电清洗是通过不同的加热方式产生等离子体，其中的高能粒子通过对第一壁表面的轰击使表面吸附的杂质粒子获得超过壁表面结合能的能量，从而实现从壁表面的脱附，再由真空抽气排出达到杂质清除的目的。聚变装置中主要的放电清洗方式包括：直流辉光放电清洗、射频/高频放电清洗以及螺旋波放电清洗等。在各类放电清洗中，放电电极/天线均需要实现与真空室和真空室内壁的可靠绝缘。其中尤为重要的是，绝缘部件/组件在经历多次重复放电运行之后仍需保持可靠的绝缘性能。此外，聚变装置放电清洗方式的多样化趋势以及放电电极/天线的体积和重量随装置规模的增大而增加，现有固定方式的各类绝缘组件难以满足大承重、灵活可调节、多次重复使用等方面的要求。基于上述原因，需要一种适用于各类放电清洗的特殊可调节式绝缘组件。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其适用范围广，绝缘性能提升，可灵活实现绝缘组件定位。
本发明的技术方案如下：
一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，包括水平固定的绝缘连接板、竖直固定的支撑，以及同轴安装的绝缘保护件、绝缘定位件和绝缘承重件；所述的绝缘保护件、绝缘定位件和绝缘承重件全部套装在支撑外；所述的绝缘定位件安装在绝缘承重件上方，所述的绝缘承重件装配在绝缘连接板的预留工艺孔内；所述的支撑同轴安装在绝缘承重件的轴向通孔和绝缘定位件的轴向通孔内，并且支撑的上下端分别伸出位于上下部的绝缘保护件。
所述的支撑伸出上下端的绝缘保护件外侧的部分通过固定螺母和锁定螺母实现紧固连接和限位锁定。
所述的绝缘保护件结构，其为具有内腔的下部开放的筒型，上表面中心加工有安装孔，上述支撑的上端通过该安装孔向上伸出绝缘保护件外侧；当该绝缘保护件位于下部时，其上部开放，下表面中心加工安装孔，上述支撑的下端通过该安装孔向下伸出绝缘保护件外侧。
所述的绝缘定位件安装在上部的绝缘保护件内腔中，同轴安装且绝缘定位件的安装面与绝缘保护件内腔的安装面紧密接触。
所述的绝缘定位件，其为外壁加工成阶梯状的柱状结构，使得外壁具有肩台，并且沿轴向加工阶梯状通孔，通孔上部内表面与支撑外壁紧密接触，通孔下部的内表面与绝缘承重件上端外壁紧密接触。
所述的通孔上部和通孔下部形状相同，且通孔下部截面面积大于通孔上部，使得通孔内壁成阶梯状。
所述的绝缘定位件的肩台的位置高于阶梯状通孔的阶梯位置。
所述的绝缘承重件的一部分位于下部绝缘保护件内腔中，同轴安装且绝缘承重件的安装面与绝缘保护件内腔的安装面紧密接触；
所述的绝缘承重件，其主体为柱形，柱形上端安装在上述绝缘定位件的阶梯状通孔下部，绝缘承重件的内部沿轴向加工通孔，通孔内部与支撑外壁紧密接触。
所述的绝缘承重件，其柱形主体外壁上加工截面积大于柱形截面积的承重台。
所述的承重台，其上表面与所述的绝缘连接板下表面的接触面积大于或等于支撑的横截面面积。
所述的绝缘承重件，其顶部到承重台上表面的垂直距离，大于绝缘连接板的厚度。
所述的绝缘保护件、绝缘定位件和绝缘承重件，在任意高度位置的横截面形状相同，为圆形、矩形或多边形截面。
所述的绝缘定位件、所述的绝缘承重件，两者在任意高度位置的横截面面积均应大于或等于固定螺母或支撑横截面面积。
所述的绝缘保护件、绝缘定位件和绝缘承重件的材质采用氧化铝、氧化锆或者氮化硅。
所述的绝缘连接板和支撑采用金属材料SS304、SS316、SS316L、SS310或Inconel625。
所述的绝缘定位件的上端面和绝缘承重件的下端面中心均加工凸起平面，且凸起平面外侧加工一圈凹槽，凹槽的外壁壁厚设为a、，凹槽的高度设为c，凸起平面的高度设为b，满足a∶b≤1∶1，且b∶c≤1∶2。
所述的绝缘定位件，其为外壁加工成阶梯状的柱状结构，使得外壁具有肩台，所述的绝缘承重件，其柱形主体外壁上加工截面积大于柱形截面积的承重台；
所述的肩台到上部的绝缘保护件的下沿的高度差，或者，绝缘承重件的承重台的下沿到下部的绝缘保护件的上沿的高度差，定义为f；
所述的上部的绝缘保护件的下沿到绝缘连接板上表面的高度差，或者，下部的绝缘保护件的上沿到绝缘连接板下表面的高度差，定义为e；
所述的绝缘保护件内壁到绝缘定位件的肩台之下侧壁的横向距离，或者，绝缘保护件内壁到承重台外侧壁的横向距离，定义为d；
满足d＝e，且d∶f≤1∶3。
本发明的显著效果如下：
1可调节式绝缘组件结构简洁、装配简单，可广泛适用于直流辉光放电清洗、射频/高频放电清洗及螺旋波放电清洗等各种聚变装置放电清洗的绝缘连接，亦可满足不同的绝缘结构(预留孔为圆形、矩形或多边形等)。
2通过固定螺母、锁定螺母可灵活实现绝缘组件定位，安装位置可调节。
3绝缘定位件和绝缘承重件可满足具有较大体积和重量的放电电极/天线的轴向承压、径向承重需求。
4装配完成的两级绝缘保护可实现放电电极/天线在经历多次等离子体放电粒子轰击/杂质溅射后仍保持可靠的绝缘性能，且可重复使用。二级绝缘保护基本已经从根本上完全屏蔽了带电粒子或杂质粒子对绝缘件表面的污染或破坏；一级绝缘保护更近一步的确保可能穿过二级绝缘保护后的粒子无法对绝缘定位件或绝缘承重件端面凹槽表面造成污染或破坏。
附图说明
图1为用于聚变装置放电清洗电极的可调节式绝缘组件示意图；
图2为绝缘定位件示意图；
图3为绝缘承重件示意图；
图4a为可调节式绝缘组件一级绝缘保护示意图；
图4b为图5a的局部放大视图；
图5a为可调节式绝缘组件二级绝缘保护示意图；
图5b为图5a的局部放大视图；
图中：1-绝缘保护件；2-绝缘定位件；3-绝缘承重件；4-锁定螺母；5-固定螺母；6-绝缘连接板；7-支撑；
201.肩台；202.阶梯状通孔；2021.通孔上部；2022.通孔下部；
301.柱形；302.承重台。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，用于聚变装置放电清洗电极的可调节式绝缘组件包括：同轴安装的绝缘保护件1、绝缘定位件2和绝缘承重件3；三者全部套装在支撑7外；
其中，绝缘定位件2安装在绝缘承重件3上方，绝缘承重件3装配在绝缘连接板6的预留工艺孔内，圆柱形的支撑7同轴安装在绝缘承重件3的轴向通孔和绝缘定位件2的轴向通孔内，并且支撑7的上下端分别通过对应的安装孔伸出位于上下部的绝缘保护件1；
绝缘承重件3和绝缘定位件2共同形成绝缘连接板6与支撑7的物理隔离；
支撑7伸出上下端的绝缘保护件1外侧的部分通过固定螺母5和锁定螺母4 实现紧固连接和限位锁定。
如图1所示，绝缘保护件1结构，其为具有内腔的下部开放的筒型，上表面中心加工有安装孔，上述支撑7的上端通过该安装孔向上伸出绝缘保护件1 外侧；当该绝缘保护件1位于下部时，其上部开放，下表面中心加工安装孔，上述支撑7的下端通过该安装孔向下伸出绝缘保护件1外侧；
整个绝缘定位件2安装在上部的绝缘保护件1内腔中，同轴安装且绝缘定位件2的安装面与绝缘保护件1内腔的安装面紧密接触；
绝缘承重件3的一部分位于下部绝缘保护件1内腔中，同轴安装且绝缘承重件3的安装面与绝缘保护件1内腔的安装面紧密接触；
如图2所示的绝缘定位件2结构，其为外壁加工成阶梯状的柱状结构，使得外壁具有肩台201，并且沿轴向加工阶梯状通孔202，通孔上部2021内表面与支撑7外壁紧密接触，通孔下部2022的内表面与绝缘承重件3上端外壁紧密接触；通孔的上下部形状相同，且下部截面大小大于上部的截面大小，使得通孔内壁成阶梯状；绝缘定位件2的肩台201的位置高于阶梯状通孔202的阶梯位置；
如图3所示的绝缘承重件3结构，其主体为柱形301，柱形上端安装在上述绝缘定位件2的阶梯状通孔下部，绝缘承重件3的内部沿轴向加工通孔，通孔内部与支撑7外壁紧密接触，绝缘承重件3的柱形主体外壁上加工截面积大于柱形截面积的承重台302；
安装时，绝缘承重件3首先装配在绝缘连接板6的预留工艺孔内，然后支撑7通过绝缘承重件3内部的通孔安装，上下端伸出；
然后，将绝缘定位件2套装在支撑7其上端伸出的部分之外，并且绝缘定位件2的阶梯状通孔202的通孔下部2022的内表面与绝缘承重件3上端外壁紧密接触；三者同轴安装；并且支撑7依然穿过通孔上部2021向上伸出绝缘定位件2；
支撑7伸出通孔上部2021的部分穿过位于上部的绝缘保护件1的安装孔，通过固定螺母5和锁定螺母4实现紧固连接和限位锁定；
支撑7下端伸出绝缘承重件3部分穿过位于下部绝缘保护件1的安装孔，通过固定螺母5和锁定螺母4实现紧固连接和限位锁定；
如图1所示，绝缘承重件3和绝缘定位件2不仅共同形成绝缘连接板6与支撑7的物理隔离，而且通过绝缘承重件3、绝缘定位件2，以及上下部的绝缘保护件1共同沿着支撑7的轴向移动，实现绝缘连接板6与支撑7相对距离的调整，当到达适当位置时，通过固定螺母5和锁定螺母4锁定位置；
绝缘保护件1、绝缘定位件2和绝缘承重件3的各高度位置的横截面形状相同，可为圆形截面，也可为矩形或多边形截面。
同时绝缘定位件2及绝缘承重件3任一高度位置的横截面面积均应大于或等于固定螺母5或支撑7横截面面积，使得绝缘部件可轴向承压。
绝缘承重件3的承重台302的上表面与绝缘连接板6下表面接触面积)应大于或等于支撑7横截面面积，该部件可径向承重。
绝缘承重件3中，其顶部到承重台302上表面的高度(垂直距离)，必须大于绝缘连接板6的厚度)，进一步保证承重时作用力的有效利用，同时也能够进一步保证绝缘承重件3与绝缘定位件2的准确定位和装配。
绝缘保护件1、绝缘定位件2和绝缘承重件3的材质可采用氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)或者氮化硅(Si3N4)。
锁定螺母4、固定螺母5、绝缘连接板6和支撑7均为兼容聚变装置放电运行的金属材料(如SS304、SS316、SS316L、SS310或Inconel625)
如图4a和图4b所示，绝缘定位件2的上端面和绝缘承重件3的下端面中心均加工凸起平面8，且凸起平外8外侧加工一圈凹槽9，凹槽9的外壁壁厚设为a、，凹槽9的高度设为c，凸起平面8的高度(即凸起平面8外部端面到凹槽9上沿的高度差)设为b；
在整个装置的上部或者下部，a、b、c长度分别满足a∶b≤1∶1，且 b∶c≤1∶2。
如图5a和图5b所示，绝缘定位件2的肩台201到上部的绝缘保护件1的下沿的高度差，或者，绝缘承重件3的承重台302的下沿到下部的绝缘保护件1的上沿的高度差，定义为f；
上部的绝缘保护件1的下沿到绝缘连接板6上表面的高度差，或者，下部的绝缘保护件1的上沿到绝缘连接板6下表面的高度差，定义为e；
绝缘保护件1内壁到绝缘定位件2的肩台201之下侧壁的横向距离，或者，绝缘保护件1内壁到承重台302外侧壁的横向距离，定义为d；
在整个装置的上部或者下部，分别满足d＝e，且d∶f≤1∶3。
绝缘部件整体长时间处于等离子体运行环境中，即低温等离子体清洗及高温等离子体运行，两级绝缘保护设计以带电粒子轨道理论为基本出发点。极端恶劣条件下，即高温等离子体运行，单个带电粒子以拉莫尔半径旋转并进行等螺距螺旋运动。二级绝缘保护通过设置d、e和f之间的相对距离关系，可以使得通过绝缘保护件1和绝缘连接板6之间狭缝的带电粒子撞击到绝缘保护件1的内壁或绝缘定位件2的外壁，从而实现螺旋运动的带电粒子无法通过该连续的狭缝通道。同理，一级绝缘保护中通过设置a、b和c之间的相对距离关系，即实现了对带电粒子的有效阻挡。两级绝缘保护结构的设计，可以从根本上杜绝带电粒子对所有狭缝表面的撞击，从而实现对带电粒子的有效屏蔽，避免带电粒子在绝缘部件的全表面沉积，进而达到组合部件的绝缘保护的功能。
装配完成的可调节式绝缘组件，采用两级保护方式对聚变装置清洗放电期间或运行期间等离子体逃逸出的粒子或溅射出的杂质可以起到很好的屏蔽作用。
上面结合附图和实施案例对本发明作了详细说明，但本发明并不限于上述实施案例，所在领域技术人员具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可采用现有技术。
Claims (18)
1.一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：包括水平固定的绝缘连接板(6)、竖直固定的支撑(7)，以及同轴安装的绝缘保护件(1)、绝缘定位件(2)和绝缘承重件(3)；所述的绝缘保护件(1)、绝缘定位件(2)和绝缘承重件(3)全部套装在支撑(7)外；所述的绝缘定位件(2)安装在绝缘承重件(3)上方，所述的绝缘承重件(3)装配在绝缘连接板(6)的预留工艺孔内；所述的支撑(7)同轴安装在绝缘承重件(3)的轴向通孔和绝缘定位件(2)的轴向通孔内，并且支撑(7)的上下端分别伸出位于上下部的绝缘保护件(1)。
2.如权利要求1所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的支撑(7)伸出上下端的绝缘保护件(1)外侧的部分通过固定螺母(5)和锁定螺母(4)实现紧固连接和限位锁定。
3.如权利要求1所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘保护件(1)结构，其为具有内腔的下部开放的筒型，上表面中心加工有安装孔，上述支撑(7)的上端通过该安装孔向上伸出绝缘保护件(1)外侧；当该绝缘保护件(1)位于下部时，其上部开放，下表面中心加工安装孔，上述支撑(7)的下端通过该安装孔向下伸出绝缘保护件(1)外侧。
4.如权利要求3所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘定位件(2)安装在上部的绝缘保护件(1)内腔中，同轴安装且绝缘定位件(2)的安装面与绝缘保护件(1)内腔的安装面紧密接触。
5.如权利要求3所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘定位件(2)，其为外壁加工成阶梯状的柱状结构，使得外壁具有肩台(201)，并且沿轴向加工阶梯状通孔(202)，通孔上部(2021)内表面与支撑(7)外壁紧密接触，通孔下部(2022)的内表面与绝缘承重件(3)上端外壁紧密接触。
6.如权利要求5所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的通孔上部(2021)和通孔下部(2022)形状相同，且通孔下部(2022)截面面积大于通孔上部(2021)，使得通孔内壁成阶梯状。
7.如权利要求6所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘定位件(2)的肩台(201)的位置高于阶梯状通孔(202)的阶梯位置。
8.如权利要求3所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘承重件(3)的一部分位于下部绝缘保护件(1)内腔中，同轴安装且绝缘承重件(3)的安装面与绝缘保护件(1)内腔的安装面紧密接触。
9.如权利要求8所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘承重件(3)，其主体为柱形(301)，柱形上端安装在上述绝缘定位件(2)的阶梯状通孔下部，绝缘承重件(3)的内部沿轴向加工通孔，通孔内部与支撑(7)外壁紧密接触。
10.如权利要求8所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘承重件(3)，其柱形主体外壁上加工截面积大于柱形截面积的承重台(302)。
11.如权利要求10所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的承重台(302)，其上表面与所述的绝缘连接板(6)下表面的接触面积大于或等于支撑(7)的横截面面积。
12.如权利要求10所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘承重件(3)，其顶部到承重台(302)上表面的垂直距离，大于绝缘连接板(6)的厚度。
13.如权利要求1-12任意一项所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘保护件(1)、绝缘定位件(2)和绝缘承重件(3)，在任意高度位置的横截面形状相同，为圆形、矩形或多边形截面。
14.如权利要求1-12任意一项所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘定位件(2)、所述的绝缘承重件(3)，两者在任意高度位置的横截面面积均应大于或等于固定螺母(5)或支撑(7)横截面面积。
15.如权利要求1-12任意一项所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘保护件(1)、绝缘定位件(2)和绝缘承重件(3)的材质采用氧化铝、氧化锆或者氮化硅。
16.如权利要求1-12任意一项所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘连接板(6)和支撑(7)采用金属材料SS304、SS316、SS316L、SS310或Inconel625。
17.如权利要求1-12任意一项所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘定位件(2)的上端面和绝缘承重件(3)的下端面中心均加工凸起平面(8)，且凸起平面(8)外侧加工一圈凹槽(9)，凹槽(9)的外壁壁厚设为a、，凹槽(9)的高度设为c，凸起平面(8)的高度设为b，满足a∶b≤1∶1，且b∶c≤1∶2。
18.如权利要求1所述的一种用于聚变装置放电清洗电极的调节式绝缘组件，其特征在于：所述的绝缘定位件(2)，其为外壁加工成阶梯状的柱状结构，使得外壁具有肩台(201)，所述的绝缘承重件(3)，其柱形主体外壁上加工截面积大于柱形截面积的承重台(302)；
所述的肩台(201)到上部的绝缘保护件(1)的下沿的高度差，或者，绝缘承重件(3)的承重台(302)的下沿到下部的绝缘保护件(1)的上沿的高度差，定义为f；
所述的上部的绝缘保护件(1)的下沿到绝缘连接板(6)上表面的高度差，或者，下部的绝缘保护件(1)的上沿到绝缘连接板(6)下表面的高度差，定义为e；
所述的绝缘保护件(1)内壁到绝缘定位件(2)的肩台(201)之下侧壁的横向距离，或者，绝缘保护件(1)内壁到承重台(302)外侧壁的横向距离，定义为d；
满足d＝e，且d∶f≤1∶3。
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