CN212962327U - 一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本新型属于冷却结构，具体涉及一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构。一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，包括内密封结构，内密封结构的内壁为内密封面，内密封面的形状与内部零件的形状相匹配，在内密封结构上方端面设置外密封结构体，外密封结构体下方与内密封结构固定连接，外密封结构体的下端形成外密封面，外密封结构体上方设置外密封压盘，外密封结构体与外密封压盘之间设置诊断窗口。本新型的显著效果是：金属密封和橡胶密封为一体式结构，冷却管道直接对内外两个高真空密封面进行冷却，不需要外接水道，结构紧凑，加工工艺简单，水道导流良好，散热能力强，冷却效率高。
Description
技术领域
本新型属于冷却结构，具体涉及一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构。
背景技术
磁约束聚变装置的中的杂质对等离子体放电、约束品质和装置安全运行有非常大的影响，这些杂质主要来源于器壁和部分内部件材料上滞留的残余气体，在放电过程中这些滞留的杂质将向外排放。目前比较有效的手段是在高真空条件下对装置进行高温烘烤或者在高温器壁条件下运行，使滞留在装置及内部件表面的残余气体，特别是水蒸汽及含氧成分的杂质释放出来，通过真空泵组将这些杂质抽出去。通常烘烤运行的温度越高，杂质和蒸汽的密度及压力越大，越易于从器壁中释放出来，为了获得比较洁净的真空及器壁环境，需要尽可能高地提高烘烤温度。
目前世界上主要的高温运行实验装置按烘烤温度能力可分成三类：(1)100摄氏度左右，目前大部分中小装置采用这一温度范围，这些装置体积较小，经一般的烘烤就能排出主要的水汽杂质，然后在放电过程中用等离子体不断轰击锻炼器壁来实现杂质的排放；(2)200 摄氏度左右，其主要用于排出水汽，这一段主要以英国MAST等装置为代表；(3)300摄氏度左右，主要用于排出材料内部及细小缝隙中的杂质，对器壁的杂质有非常好的清除作用，大装置和新一代的聚变装置作为设计的首选，如国际热核聚变实验堆(ITER)、美国DIII-D等装置均采用300摄氏度烘烤，正在建设的中国最大的聚变实验装置-- 中国环流器2号M(HL-2M托卡马克)也采用300度烘烤。
但是在现有技术条件下，一些诊断部件及测量窗口将无法承受 300摄氏度的高温，如密封最常用的O圈最高只能到180摄氏度左右，一些电子元件只能工作到100摄氏度左右，因此需设计要特别的局部冷却结构或工艺来保护窗口及部件。目前DIII-D装置对一些小的诊断窗口采用玻璃金属化，然后就能用金属密封的方式。对一些较大的诊断窗口(CF200以上，跑道型窗口)因高温度应力等原因不能直接采用石英玻璃与金属焊接的方式，而采用从装置上引出一个管道，利用不锈钢管道温差来降温。但是这种方式将增大窗口到等离子体距离，影响诊断测量的立体角。而采用管道上布置螺旋式结构冷却水流需要多次焊接，加工工艺相对复杂，且大面积的冷却管道，不仅影响整体的烘烤效果，还会影响测量的视场。
实用新型内容
本新型的内容是针对现有技术的缺陷，提供一种高真空高温运行装置上法兰的局域冷却结构技术，其只针对需要保护的法兰端面和刀口部分进行冷却，相较于现有技术，其具有局域散射性能好、结构紧凑的特点。
本新型是这样实现的：一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，包括内密封结构，内密封结构的内壁为内密封面，内密封面的形状与内部零件的形状相匹配，在内密封结构上方端面设置外密封结构体，外密封结构体下方与内密封结构固定连接，外密封结构体的下端形成外密封面，外密封结构体上方设置外密封压盘，外密封结构体与外密封压盘之间设置诊断窗口。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，外密封结构体与内密封结构的连接面形成空腔，该空腔为冷却通道，冷却通道通过外置进出冷却管道与外部连通，外置进出冷却管道与外密封结构体固定连接。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，所述的内密封结构和外密封结构体通过第一超高真空密封焊固定连接。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，所述的外置进出冷却管道与外密封结构体通过第二超高真空密封焊固定连接。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，外密封结构体上设置内密封螺钉孔，通过设置在内密封螺钉孔内的螺钉，将外密封结构体与法兰刀口面固定连接。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，外密封结构体和外密封压盘上设置位置匹配的螺钉孔，两个位置匹配后形成外密封螺钉孔，通过设置在外密封螺钉孔中的螺钉将外密封结构体和外密封压盘固定连接。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，所述的冷却通道沿外密封结构体的外密封面布置满一周以上。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，所述的外密封结构体与诊断窗口之间还设置冷却密封圈。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，第一超高真空密封焊和第二超高真空密封焊的真空漏率小于1.0×10-10Pam3/sec。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，内密封面为高真空台阶密封结构或刀口密封结构，该密封结构与装置的真空法兰结构匹配，所述外密封面为高光洁度密封面。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，所述冷却通道为水冷通道或气冷通道。
如上所述的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，其中，在外密封结构体中设置波纹管，该波纹管将外密封结构体分为内外两部分。
本新型的显著效果是：金属密封和橡胶密封为一体式结构，冷却管道直接对内外两个高真空密封面进行冷却，不需要外接水道，结构紧凑，加工工艺简单，水道导流良好，散热能力强，冷却效率高。
附图说明
图1为本新型提供的一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构的示意图。
其中1-内密封结构，2-内密封面，3-第一超高真空密封焊，4-外密封结构体，5-冷却通道，6-第二超高真空密封焊，7-外置进出冷却管道，8-冷却密封圈，9-外密封面，10-诊断窗口，11-外密封螺钉孔， 12-内密封螺钉孔，13-外密封压盘。
具体实施方式
如附图1所示，一种高真空高温烘烤运行装置上法兰的局域冷却结构，
包括：内密封结构1，密封面2，第一超高真空密封焊3，外密封结构体4，冷却通道5，第二超高真空密封焊6，外置进出冷却管道7，冷却密封圈8，外密封面9，诊断窗口10，外密封螺钉孔11 和内密封螺钉孔12等组成。其连接方式为：内密封结构1的内密封面2通过内密封螺钉孔12与装置的法兰刀口面连接，内密封结构1 的端面通过第一超高真空密封焊3与外密封结构体4的内端面连接，两结构中间预留适度空间的冷却通道5，冷却通道5需要沿外密封结构体4的密封面9布置满一周以上从边缘经外置进出管道引出，冷却通道5在外密封结构体4的侧面经第二超高真空密封焊6与外置进出冷却管道7连接，外密封结构体4的密封外端面经冷却密封圈8面与诊断窗口10通过外密封螺钉孔11连接，外密封压盘13通过镙钉与外密封结构体4连接。
所述第一超高真空密封焊3和第二超高真空密封焊6为相同的高真空密封焊接结构和方法，要求其真空漏率小于1.0×10-10Pam3/sec。
所述冷却密封圈8为因不能承受近300摄氏度高温的橡胶圈，如弗橡胶圈等，经本新型结构冷却，将其降温到O圈可以承受的范围内，即180摄氏度以下。
所述内密封结构1上的内密封面2为高真空台阶密封结构或刀口密封结构，该密封结构与装置的真空法兰结构匹配，所述外密封面9 为高光洁度密封面，需要满足装置的真空漏率要求。
所述冷却通道5内可采用水冷、也可以采用气冷，管道孔径由需要降温的温差、冷却介质、材料导热率和流量等因素决定。
所述诊断窗口10由诊断需要的结构和材料等因素决定。
当装置的温度很高，达到300摄氏度以上，可以利用波纹管将外密封结构体4分成内外两部分，其可以起到增加热阻的作用，另外还可以缓解由于温差较高引起的热应力。
其连接关系如下：装置的法兰刀口面与内密封结构1的内密封面 2连接，内密封结构1的端面通过第一超高真空密封焊3与外密封结构体4的内端面连接，两结构中间预留适度空间的冷却通道5，冷却通道5需要沿外密封结构体4的密封面9布置满一周以上从边缘经外置进出管道引出，冷却通道5在外密封结构体4的侧面经第二超高真空密封焊6与外置进出冷却管道7连接，外密封结构体4的密封外端面经冷却密封圈8面与诊断窗口10和外密封压盘13连接。
本新型中，所谓的“第一”、“第二”并不代表任何逻辑上的先后关系，仅仅是为了区分系统中包括的两个相同的部件和技术。
本新型与现有技术对比具有的优势：一般的冷却结构是采用水冷管子直接焊接在管道上，这要求内外两个法兰之间存在一定长度的脖子，其冷却效率不是非常好。本新型提供的冷却管道直接介于两个密封面之间，只对需要冷却的局域部位起作用，既起到了保护外密封面，同时还不影响装置烘烤或热壁运行的效果。另外本新型提供的冷却技术为一体式焊接结构，水道的导流良好，结构紧凑，占用的空间小。
本新型并不限于上述实施例子，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本新型宗旨的前提下作出各种变化，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本专利的保护范围内。
Claims (12)
1.一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：包括内密封结构(1)，内密封结构(1)的内壁为内密封面(2)，内密封面(2)的形状与内部零件的形状相匹配，在内密封结构(1)上方端面设置外密封结构体(4)，外密封结构体(4)下方与内密封结构(1)固定连接，外密封结构体(4)的下端形成外密封面(9)，外密封结构体(4)上方设置外密封压盘(13)，外密封结构体(4)与外密封压盘(13)之间设置诊断窗口(10)。
2.如权利要求1所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：外密封结构体(4)与内密封结构(1)的连接面形成空腔，该空腔为冷却通道(5)，冷却通道(5)通过外置进出冷却管道(7)与外部连通，外置进出冷却管道(7)与外密封结构体(4)固定连接。
3.如权利要求2所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：所述的内密封结构(1)和外密封结构体(4)通过第一超高真空密封焊(3)固定连接。
4.如权利要求3所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：所述的外置进出冷却管道(7)与外密封结构体(4)通过第二超高真空密封焊(6)固定连接。
5.如权利要求4所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：外密封结构体(4)上设置内密封螺钉孔(12)，通过设置在内密封螺钉孔(12)内的螺钉，将外密封结构体(4)与法兰刀口面固定连接。
6.如权利要求5所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：外密封结构体(4)和外密封压盘(13)上设置位置匹配的螺钉孔，两个位置匹配后形成外密封螺钉孔(11)，通过设置在外密封螺钉孔(11)中的螺钉将外密封结构体(4)和外密封压盘(13)固定连接。
7.如权利要求6所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：所述的冷却通道(5)沿外密封结构体(4)的外密封面(9)布置满一周以上。
8.如权利要求7所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：所述的外密封结构体(4)与诊断窗口(10)之间还设置冷却密封圈(8)。
9.如权利要求8所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：第一超高真空密封焊(3)和第二超高真空密封焊(6)的真空漏率小于1.0×10-10Pam3/sec。
10.如权利要求9所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：内密封面(2)为高真空台阶密封结构或刀口密封结构，该密封结构与装置的真空法兰结构匹配，所述外密封面(9)为高光洁度密封面。
11.如权利要求10所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：所述冷却通道(5)为水冷通道或气冷通道。
12.如权利要求11所述的一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构，其特征在于：在外密封结构体(4)中设置波纹管，该波纹管将外密封结构体(4)分为内外两部分。
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| CN202021323038.XU CN212962327U (zh) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | 一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113915809A (zh) * | 2020-07-08 | 2022-01-11 | 核工业西南物理研究院 | 一种高真空高温运行装置上窗口法兰的局部冷却结构 |
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