DE2425103C2

DE2425103C2 - Toroidförmiges Vakuumrohr

Info

Publication number: DE2425103C2
Application number: DE2425103A
Authority: DE
Inventors: Heinz 6800 Mannheim Hoffmann; Kurt 6141 Einhausen Riedinger
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1983-06-09
Also published as: DE2425103A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein toroidförmiges Vakuumrohr für einen Stellarator mit das Vakuumrohr nach Art eines mehrgängigen Außengewindes umlaufenden Nuten, wobei das Vakuumrohr von einem lösbaren, torussektorförmigen Rohrabschnitt mitgebildet ist, der im Verhältnis zum Hauptteil des Vakuumrohres klein ist.

Der Stellarator ist eine Maschine zur Erzeugung und langfristigen Einschließung von heißen Plasmen in toroidförmigen Magnetfeldern und dient zur Durchführung plasma-physikalischer Experimente, Der Hauptbestandteil dieser Maschine ist das toroidförmige Vakuumrohr for die Aufnahme des Plasmas, Die auf der Außenseite eingearbeiteten umlaufenden Nuten dienen zur Aufnahme von elektrischen Leitern, mit deren Hilfe im Rohr ein helikales Magnetfeld erzeugt wird, dem ein weiteres Magnetfeld überlagert ist. Das toroidförmige Vakuumrohr muß ferner einen herausnehmbaren, kleinen Sektor aufweisen, der es erlaubt, das Vakuumrohr auf seiner Innenseite zu inspizieren oder sonstige kleinere Eingriffe vorzunehmen. Ein solches toroidförmiges Vakuumrohr ist z. B. aus der DE-OS 22 51 979 bekannt

Die mechanischen Anforderungen, die an das Vakuumrohr gestellt werden, sind sehr hoch. Denn es F.iuß sich im betriebsbereiten Vakuumrohr ein Ultrahochvakuum aufrechterhalten lassen. Das erfordert nicht nur eine dichte Ausbildung des Rohres, sondern auch eine maßhaltige Feinstbearbeitung der inneren Oberfläche um Gasaustritte aus dieser Fläche zu vermeiden. Hinzu kommen thermische Belastungen, die vom heißen Plasma herrühren. Die helikalen Magnetspulen, zu deren Aufnahme die äußeren Nuten eingearbeitet sind, erzeugen, insbesondere im Bereich des Nutgrundes sehr hohe Kräfte, die von dem aus nichtmagnetischem Stahl, d.h. Stahl von geringer Festigkeit, hergestellten Vakuumrohr aufgenommen werden müssen.

Für Großexperimente müssen die toroidförmigen Vakuumrohre oft einen mittleren Torusdurchmesser von einigen Metern aufweisen, bei einem lichten Rohrdurchmesser im Bereich unterhalb eines Meters. In solchen Fällen ist es schwierig, solche Rohre bereitzustellen, die die erforderliche mechanische Festigkeit aufweisen. Bei dem bekannten Vakuumrohr gemäß der DE-OS 22 51979 ist deshalb eine zusätzliche, das Vakuumrohr umgebende Stützkonstruktion vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung eines toroidförrrrigen Vdkuumrohres der eingangs genannten Art anzugeben, die es gestattet, ein Vakuumrohr auch mit großen Torusdurchmessern von einigen Metern leicht herzustellen unter voller Wahrung seiner mechanischen Festigkeit und Dichtheit

Diese Aufgabe wird! durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Der Hauptteil des; Vakuumrohres ist also aus torussektorförmigen Rohrabschnitten untrennbar zusammengesetzt, deren Größen so gewählt sind, daß die Herstellung und die innere und äußere Beschichtung der Einzelteile vor dem Zusammenbau leicht möglich ist. Die in den Nuten versenkt angeordneten Schrumpfeleme.ite zwischen den einzelnen Rohrabschnitten erfordern wenig Raum und nehmen die im Nutgrund auftretenden, sehr hohen Kräfte auf. Die Verbindungen der Rohrabschnitte mittels versenkt angeordneten Schraubelementen im Bereich der Schwarten unterstützen die Schrumpfverbindungen auf wirkungsvolle Weise und lassen sich leicht den auftretenden Kräften anpassen. Zudem bilden die Schraubverbindungen in den Sehwarten keine aus der äußeren Rohroberfläche hervorspringenden Teile.

Eine besonders einfache und leicht herstellbare Schrumpfverbindung ist dann gegeben, wenn das Schrumpfelement aus einem im Nutgrund eingesetzten Schrumpfring gebildet ist, der Teile benachbarter Rohrabschnitte zur Verbindung umspannt.

In vorteilhafter Waise sind jeweils mehrere Schrumpfringe im Nutgrund vorgesehen,

Eine bevorzugte Ausbildung besteht darin, daß das Schraubelement aus einer Dehnschraube besteht, die in Flansche eingesetzt ist, welche durch Ausnehmungen in den Schwarten benachbarter Rohrabschnitte gebildet sind

Weiterhin ist es günstig, wenn benachbarte Rohrabschnitte an den Stirnseiten angeordnete Paßstifte aufweisen zur Fixierung der gegenseitigen Winkellage.

Eine besonders einfache und genaue Ausrichtung der Rohrabschnitte in Richtung der Torusseele ergibt sich dann, wenn benachbarte Rohrabschnitte an ihren Verbindungsstellen mit umlaufenden, ringförmigen Vorsprüngen und zugeordneten Aussparungen des anschließenden Abschnittes zentriert sind.

Eine kostensparende Bearbeitung der Rohrabschnitte ist dadurch gegeben, daß die Sektorwinkel der untrennbaren torussektorförmigen Rohrabschnitte untereinander gleich sind. Auf diese Weise können bei gleicher Maschineneinstellung sämtliche Abschnitte vor dem Zusammenbau, beispielsweise innen bearbeitet werden.

Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sektorwinkel der untrennbaren zusammengesetzten Rohrabschnitte und der Sektorwinkel des lösbaren Rohrabschnitts untereinander gleich sind. Hierdurch sind nämlich sämtliche für den Aufbau eines toroidförmigen Vakuumrohres benötigten Einzelteile in ihren Hauptabmessungen untereinander gleich und daher mit wenig Vorrichtungen und geringem Aufwand vor dem Zusammenbau bearbeitbar.

In den Zeichnungen ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, wobei erfindungsunwesentliche Teile weggelassen sind. Es zeigt

F i g. 1 ein perspektivisch dargestelltes toroidförmiges Vakuumrohr, wobei die Verbindungselemente nicht dargestellt sind,

F i g. 2 eine Ansicht eines Torussektors in größerem Maßstab gemäß der Linie II-II der Fig. 1, wobei die Linie der Stoßfuge zweier Rohrabschnitte folgt,

Fig.3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III der Fig. 2,

F i g. 4 einen Schnitt der Schnittlinie IV-IV der F i g. 2 in größerem Maßstab.

Das torusförmige Vakuumrohr ist aus den miteinander untrennbar verbundenen torussektorförmigen Rohrabschnitten 7 bis 15, die den Hauptteil bilden, und mit dem lösbaren torussektorförmigen Rohrabschnitt 5 zusammengesetzt (Fig. 1). Im gezeigten Beispiel sind die Sektorwinkel sämtlicher Sektoren untereinander gleich, sie können anders als im dargestellten Beispiel, bei 18° liegen. Das gesamte Vakuumrohr ist auf seiner Außenseite mit Nuten 3 versehen, die nach Art eines mehrgängigen Gewindes das toroidförmige Vakuumrohr umwinden, Die Nuten 3 dienen zur Aufnahme von Magnetspulen für die Erzeugung eines elektrischen Feldes, Der Rohrabschnitt 5 ist lösbar eingefügt, um beispielsweise die Besichtigung des Rohrinneren zu ermöglichen. Die Art der Einfügung des lösbaren Rohrabschnittes 5 ist nicht dargestellt oder beschrieben.

Zwischen den das Rohr umwindenden Nuten 3 sind die Schwarten 6 gebildet, welche die Nuten 3 seitlich begrenzen. Die Verbindung der torussektorförmigen Rohrabschnitte 7 bis 15 ist in F i g. 1 der Obersicht halber nicht eingezeichnet, sie ist nur den F i g. 2 bis 4 zu entnehmen, welche die Verbindungsstelle derTorussektoren 7 und 8 im größeren Maßstab als Einzelheit zeigen. Die Verbindung der übrigen Rohrabschnitte sind in der gleichen Art ausgebildet

Die Verbindung der einzelnen Rohrabschnitte erfolgt an den Stoßfugen 16 über Schraub- und Schrumpfverbindungen. Die Schraubverbindungen sind in den Schwarten 6 versenkt angeordnet Hierzu sind zwischen den Enden benachbarter Rohrabsc^dtte 7, 8 und Ausnehmungen 2t Flansche 17 gebildet D'ese sind mit nach außen offenen Schlitzen versehen, in welche Dehnschrauben 19 angeordnet sind. Die Muttern der Dehnschrauben 19 sind mit Stiften 22 gegen Lösen gesichert Im Nutgrund 18 der umlaufenden Nuten sind Schrumpfringe 20 mit der Nutoberfläche etwa bündig eingelassen und werden von einer Ebene, welche in der

3C Stoßfuge 16 aufgespannt ist, etwa halbiert, die Ringe umspannen also Teile aneinanderstoßender Rohrabschnitte 7, 8 (Fig.4). In den Figuren ist der Übersicht halber nur ein Schrumpfring dargestellt, zur gleichmäßigen Aufnahme der Kräfte ist jedoch die jeweilige Anordnung mehrerer Schrumpfringe vorteilhaft

Die einzelnen Rohrabschnitte 7 bis 15 sind an den Stirnseiten über Paßstifte 23 in ihrer Winkellage Fixiert Hiermit ist ein stufenloser Verlauf der Nuten 3 an den Stoßfugen 16 gesichert. Die Zentrierung der Rohrabschnitte bezüglich der Torusseele 24 wird an den Stirnflächen der Abschnitte über peripher umlaufende Vorsprünge 25, die in die Ausnehmungen 27 des Gege»iabschnittes eingreifen, erreicht

Das Anbringen der jeweiligen Schrumpfverbindungen im Nutgrund geschieht am einfachsten folgendermaßen: Nach dem Zusammensetzen des (im wesentlichen fertigbearbeiteten) Hauptteils des Rohres und seiner Zentrierung bzw. Ausrichtung werden die Dehnschrauben 19 in die Ausnehmungen eingesetzt und die Rohrabschnitte verspannt. In das so zusammengehaltene Vakuumrohr werden dann an den Stoßfugen kreisringförmige Ausfräsungen für die Aufnahme der Schrumpfringe 20 angebracht und die erhitzten Schrumpfringe in diese Aus^fräsungen eingesetzt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

\, Toroidförmiges Vakuumrohr für einen Stellarator mit das VaKuumrohr nach Art eines mehrgängigen Außengewindes umlaufenden Nuten, wobei das Vakuumrohr von einem lösbaren, torussektorförmigen Rohrabschnitt mitgebildet, ist, der im Verhältnis zum Hauptteil des Vakuumrohres klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteu des Vakuumrohres aus torussektorförmigen Rohrabschnitten (7 bis 15), welche eine die Herstellung und Bearbeitung ermöglichende Größe haben, untrennbar zusammengesetzt ist, daß die Rohrabschnitte (7 bis 15) im Bereich der Nuten (3) mittels mindestens je eines versenkt angeordneten Schrumpfelementes miteinander verbunden sind, wobei das Schrumpfelement Teile benachbarter Rohrabschnitte (7 bis 15) zur Verbindung umspannt, und daß die Rohrabschnitte (7 bis 15) im Bereich der Schwarten (6) mit mindestens je einem versenkt angeordneten Schraubelement miteinander verbunden sind.
2. Vakuumrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrumpfelement aus einem im Nutgrund (18) eingesetzten Schnimpfring (20) gebildet ist, der Teile benachbarter Rohrabschnitte (7 bis 15) zur Verbindung umspannt
3. Vakuumrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Schrumpfringe (20) im Nutgrund (18) vorgesehen sind
4. Vakuumrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubelement aus einer Dre^-schraube (19) besteht, die in Flansche (17) eingesetzt ist, welche dun* Ausnehmungen (21)

in den Schwarten (6) benachbarter Rohrabschnitte gebildet sind.
5. Vakuumrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Rohrabschnitte in den Stirnseiten angeordnete Paß-Stifte (23) aufweisen, zur Fixierung der gegenseitigen Winkellage.
6. Vakuumrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Rohrabschnitte (7 bis 15) an ihren Verbindungsstellen mit umlaufenden ringförmigen Vorsprüngen (25) und zugeordneten Aussparungen (27) des anschließenden Rohrabschnittes zentriert sind (F i g. 3).
7. Vakuumrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorwinkel der untrennbaren torussektorförmigen Rohrabschnitte (7 bis 15) untereinander gleich sind.
8. Vakuumrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorwinkel dei untrennbaren Rohrabschnitte (7 bis 15) und der Sektorwinkel des lösbaren Rohrabschnittes (5) untereinander gleich sind.