KR100886888B1 - Automatic re-centering device of superconducting central solenoid system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 CS코일 시스템의 자동 중심 회복 장치에 관한 것으로, 지진하중 및 전자기하중과 같은 횡방향 하중, 반경방향 변위하중 등을 견디도록 하는 데 목적이 있다. 이를 위해 본 발명은 TF코일 구조물의 하단부에서 전치하중구조물(30)의 변형에 따라 슬라이딩되는 리센터링장치(40)를 포함하는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물로써, 상기 리센터링장치(40)는, 전치하중구조물(30) 하부에 연결되는 하우징(43);과 하우징(43)의 내부에 설치되는 디스크스프링(41);과 하우징(43)과 디스크스프링(41)에 관통되면서 일단은 하우징(43) 내부에 디스크스프링(41)을 구속시키는 센터로드(44);와 센터로드(44)의 일단에 연결되어 TF코일 구조물에 대해 전치하중구조물(30) 하부를 지지시키는 라운드헤드볼트(42)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an automatic center recovery apparatus for a superconducting CS coil system, and has an object to withstand lateral loads such as earthquake loads and electromagnetic loads, radial displacement loads, and the like. To this end, the present invention is a CS coil structure of the superconducting tokamak device including a recentering device 40 sliding in accordance with the deformation of the preload structure 30 at the lower end of the TF coil structure, the recentering device 40, A housing 43 connected to the lower portion of the preload structure 30; and a disk spring 41 installed inside the housing 43; and one end of the housing 43 penetrating through the housing 43 and the disk spring 41; A center rod 44 restraining the disk spring 41 therein; and a round head bolt 42 connected to one end of the center rod 44 to support the lower portion of the preload structure 30 with respect to the TF coil structure. It is characterized by comprising.

Description

초전도 CS 코일 시스템의 자동 중심 회복 장치 {AUTOMATIC RE-CENTERING DEVICE OF SUPERCONDUCTING CENTRAL SOLENOID SYSTEM}Automatic center recovery of superconducting cs coil system {AUTOMATIC RE-CENTERING DEVICE OF SUPERCONDUCTING CENTRAL SOLENOID SYSTEM}

본 발명은 초전도 토카막장치의 TF코일 구조물들의 내측 중심에 설치되어 전류값의 변화에 따라 플라즈마를 유도하는 CS코일 구조물에 있어서, 열적, 구조적, 전기적 변형에 따른 안정성을 확보하는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물에 관한 것이다.The present invention is a CS coil structure installed in the inner center of the TF coil structures of the superconducting tokamak device to induce the plasma according to the change of the current value, Cs coil of the superconducting tokamak device to ensure the stability according to thermal, structural, electrical deformation It is about a structure.

핵융합 실험 장치인 토카막 장치는 플라즈마 상태의 중수소를 강한 자기장으로 가두기 위한 토로이달 코일, 플라즈마를 발생시키고 그 위치와 모양을 제어하기 위한 폴로이덜 코일 및 전류의 값을 변화시켜 전자기유도법칙에 따라 플라즈마에 전류를 유도시키는 중앙 솔레노이드 코일로 구성된다. 이들 대형 코일의 중량과 강한 자기장에 의한 자기력을 지지하기 위한 코일 구조물은 각 코일의 특성에 맞게 제작된다. 토카막 장치는 코일 구조물의 정밀도에 따라 조립 오차가 결정되므로 정밀도를 향상시키기 위해서는 조립의 특성을 고려하여 구조물이 제작되어야 한다.The Tokamak device, a fusion experiment device, is a toroidal coil for confining deuterium in a plasma state to a strong magnetic field, a poloidal coil for generating a plasma and controlling its position and shape, and changes the value of electric current to the plasma according to the law of electromagnetic induction. It consists of a central solenoid coil that induces a current. Coil structures for supporting the weight of these large coils and the magnetic force by the strong magnetic field are manufactured according to the characteristics of each coil. Since the assembly error is determined according to the precision of the coil structure, the structure should be manufactured in consideration of the characteristics of the assembly.

종래의 토카막 장치는 상전도 도체를 이용하여 고전류에 의한 주울열 손실로 인해 장시간 운전이 어려웠으나, 최근에는 전기적 저항이 없는 초전도 도체를 이용하여 연속적인 운전이 가능하도록 설계가 이루어지고 있다. 상전도 토카막 장치는 상온에서 운전되므로 코일 구조물의 열적 특성은 주요 고려사항이 아니었으며, 또한 상전도 코일은 초전도 코일과는 달리 자기력에 의한 응력으로 인해 운전 능력이 현격히 저하되지 않는 특성을 가지고 있었다.Conventional tokamak devices have been difficult to operate for a long time due to Joule heat loss due to high current by using a phase conducting conductor, but recently a design has been made to enable continuous operation using a superconducting conductor having no electrical resistance. Since the phase-conducting tokamak device operates at room temperature, the thermal characteristics of the coil structure were not the main considerations. Also, unlike the superconducting coils, the phase-conducting coils did not significantly reduce the driving ability due to the stress caused by the magnetic force.

도 1은 초전도 토카막장치의 초전도코일 구조물을 도시한 것이다. 상술한 바와 같이 토카막 장치의 초전도 코일 구조물은 토로이달코일 구조물(60)을 포함하는데, 이는 초전도 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸는 방식인 관내 연선도체(CICC)로 만든 후 그 도체를 와인더 장비에 의해 D형으로 감아 만든 코일을 포함하며, 이러한 D형상의 코일이 16 개 조립되어 이루어진다. 이 관내연선도체로 초임계 액체헬륨을 약 5 기압의 압력으로 흘려보내 초전도 선재를 극저온으로 냉각하면 초전도 코일이 된다. 여기에 약 35 kA 직류전류를 흘리면 자기장의 세기는 최대 7.2 T가 되고 그 자기장에 의해 플라즈마는 토카막 속에 갇히게 된다. 토로이달 코일은 연속적으로 토로이달 자기장을 형성시킨다. 중앙 솔레노이드(CS) 코일과 폴로이덜 코일은 폴로이덜 자기장을 급격히 변화시켜 플라즈마를 생성하고, 플라즈마의 위치와 형상을 제어한다. 1 illustrates a superconducting coil structure of a superconducting tokamak device. As described above, the superconducting coil structure of the tokamak device includes a toroidal coil structure 60, which is made of an in-pipe stranded conductor (CICC) in which a superconducting wire is enclosed by a rectangular metal tube, and then the conductor is connected to the winder equipment. It comprises a coil wound in the form of D, 16 such D-shaped coil is made. The supercritical liquid helium is flowed through the in-pipe twisted conductor at a pressure of about 5 atm, and the superconducting wire is cooled to cryogenic temperature to become a superconducting coil. When a 35 kA direct current flows here, the magnetic field strength reaches a maximum of 7.2 T, and the magnetic field traps the plasma in the tokamak. The toroidal coils continuously form a toroidal magnetic field. The central solenoid (CS) coil and the poloidal coil generate a plasma by rapidly changing the poloidal magnetic field, and control the position and shape of the plasma.

토카막장치의 자석시스템은 상기의 토로이달 코일, 중앙 솔레노이드 코일 및 폴로이덜 코일로 구성된다. 상기 중앙솔레노이드 코일과 구조물은 토카막 장치의 중심에 있고, 폴로이덜 코일(도시 생략)과 PF코일 구조물(100)은 외곽을 둘러싸면 서 상하 대칭으로 3쌍(5,6,7번 PF코일 구조물)이 있으며, 플라즈마가 가두어 지는 진공용기가 D형상의 TF코일 구조물의 내부 공간에 도너스 형태로 구성되어 있다.The magnet system of the tokamak device is composed of the toroidal coil, the central solenoid coil and the pololid coil. The central solenoid coil and the structure are at the center of the tokamak device, and the polo coil coil (not shown) and the PF coil structure 100 are three pairs (up to 5, 6, 7 PF coil structures) symmetrically surrounding the outer periphery. There is a vacuum vessel in which the plasma is confined is configured in the donor form in the inner space of the D-shaped TF coil structure.

초전도 토카막 장치의 초전도 코일은 운전온도가 약 4.5K의 극저온에서 운전되고 구조적 변형에 취약하며, 열적으로 불안정한 단점이 있어서 토카막 운전의 안정성을 제고하기 위해서는 운전 조건을 만족하는 환경 구축이 필요하다. The superconducting coil of the superconducting tokamak device operates at a cryogenic temperature of about 4.5K and is vulnerable to structural deformation and thermally unstable. Therefore, it is necessary to establish an environment that satisfies the operating conditions in order to improve the stability of the tokamak operation.

초전도 코일은 중심으로부터 상·하 대칭구조로 8개의 CS 코일과 6개의 PF 코일로 구성되며 극저온 및 고자장에서 운전되기 때문에 이것을 구조적, 열적 및 전기적으로 보호할 수 있는 지지구조물을 필요로 한다. 또한 이러한 지지구조물은 열적인 안정성을 위하여 동일한 온도에서 운전되는 TF코일 구조물에 연결구조물을 통하여 설치된다. The superconducting coil is composed of eight CS coils and six PF coils in a symmetrical structure from the center and operates at cryogenic and high magnetic fields, and thus requires a supporting structure that can protect them structurally, thermally, and electrically. In addition, the support structure is installed through the connecting structure to the TF coil structure which is operated at the same temperature for thermal stability.

CS 코일은 토카막 중심에 위치하며 다른 코일에 비해 전류인가율의 변화와 여러 개의 코일이 적층됨에 따라 유발되는 전자기력의 분포로 인하여 주 구조물의 설계는 어느 다른 자석 구조물보다 제한된 설계요구조건을 가지고 있다. 이러한 설계 요구조건 중에 하나는 다양한 운전 시나리오에 따라 코일들이 서로 다른 전자기력을 갖는다는 것이다. The CS coil is located at the center of the tokamak and the design of the main structure has more limited design requirements than any other magnetic structure due to the change of current application rate and the distribution of electromagnetic force caused by the stacking of multiple coils. One of these design requirements is that the coils have different electromagnetic forces according to various operating scenarios.

그러나 반경방향 전자기력은 코일 계면에서의 미끄럼을 유발시킬 수 있으며, 수직방향의 전자기력은 코일 계면의 분리를 일으킬 수 있다. 뿐만 아니라 플라즈마 붕괴나 코일 조립단계에서의 불완전한 정렬은 코일의 횡방향 거동까지도 발생시킬 수 있는 문제점이 있었다.However, radial electromagnetic forces can cause sliding at the coil interface, and vertical electromagnetic forces can cause separation of the coil interface. In addition, the plasma collapse or incomplete alignment in the coil assembly step may cause the lateral behavior of the coil.

한편 CS코일 구조물의 신축변형에 따른 변위에 유동적으로 반응하면서 TF코 일 구조물과 접촉하면서도 TF코일 구조물에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있는 CS코일구조물이 요구된다.On the other hand, the CS coil structure is required to minimize the effect on the TF coil structure while in contact with the TF coil structure while fluidly responding to the displacement caused by the expansion and contraction of the CS coil structure.

따라서 본 발명에서 이루고자하는 기술적 과제는, 극저온(4.5K)에서 운전되는 초전도 토카막 장치의 중앙 솔레노이드 코일의 열적, 구조적, 전기적 안정성을 확보하여 전자기력에 견딜 수 있는 충분한 강도와 수축변형을 흡수하는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공하는데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved in the present invention is to secure the thermal, structural, and electrical stability of the central solenoid coil of the superconducting tokamak device operating at cryogenic temperature (4.5K) to absorb sufficient strength and shrinkage deformation to withstand electromagnetic forces to absorb superconducting tokamak It is to provide a CSS coil structure of the device.

디스크스프링이 내설된 리센터링장치가 전치하중구조물의 하부에 설치되어 CS코일 구조물의 변형에 따른 변위를 흡수시키면서 TF코일 구조물에 미치는 영향을 최소화시키는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공하는데 있다.Recentering device with a built-in disk spring is installed in the lower portion of the preload structure to provide the CS coil structure of the superconducting tokamak device to minimize the impact on the TF coil structure while absorbing the displacement caused by the deformation of the CS coil structure.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물은, 초전도 토카막장치의 TF코일 구조물들의 내측 중앙에 설치되어 전류값의 변화에 따라 플라즈마를 유도하는 CS코일 구조물에 있어서, 상기 CS코일 구조물은 TF코일 구조물(60)의 내측 상부와 연결되고, 상기 TF코일 구조물(60)의 내측 상부와 연결되는 부위에는 상기 CS 코일 구조물이 상기 TF코일 구조물에 대해 횡방향의 변위를 흡수하는 유동판(20)을 구비하며, 상기 CS코일 구조물은 상기 TF코일 구조물에 대해 종방향의 변위를 흡수하도록 CS코일 구조물의 종방향으로는 슬라이딩되는 리센터링장치(40)를 포함하여 이루어지고, 상기 리센터링장치(40)의 내부에는 디스크스프링(41)이 설치되고 라운드헤드볼트(42)가 디스크스프링(41)의 일측에 연결되면서 리센터링장치(40)의 일측으로 돌출 형성되어 CS코일 구조물과 TF코일 구조물이 일정간극을 유지하는 것을 특징으로 한다. In the CS coil structure of the superconducting tokamak device of the present invention for solving the above technical problem, the CS coil structure is installed in the inner center of the TF coil structures of the superconducting tokamak device to induce plasma in accordance with the change of the current value, the The CS coil structure is connected to the inner upper portion of the TF coil structure 60, and the CS coil structure absorbs the transverse displacement with respect to the TF coil structure at a portion connected to the inner upper portion of the TF coil structure 60. It has a flow plate 20, wherein the CS coil structure comprises a recentering device 40 which is slid in the longitudinal direction of the CS coil structure to absorb the longitudinal displacement with respect to the TF coil structure, The disc spring 41 is installed inside the recentering device 40, and the round head bolt 42 is connected to one side of the disc spring 41, so that Is formed in the side extrusion is characterized in that the CS coil structures and coil structures TF maintain a certain gap.

초전도 토카막장치의 TF코일 구조물들의 내측 중앙에 설치되어 전류값의 변화에 따라 플라즈마를 유도하는 CS코일 구조물에 있어서, TF코일 구조물(60)의 내측 상부에 일체 결합되는 지지러그(10);와 상기 지지러그(10) 하측에 연결되는 유동판(20);과 상기 유동판(20) 타단에 연결되어 상기 TF코일 구조물 내측에 위치하는 전치하중구조물(30);과 상기 전치하중구조물(30) 하부에 연결되고 TF코일 구조물의 하단부에서 전치하중구조물(30)의 변형에 따라 슬라이딩되는 리센터링장치(40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.In the CS coil structure is installed in the inner center of the TF coil structures of the superconducting tokamak device to induce the plasma according to the change of the current value, the support lug 10 is integrally coupled to the inner upper portion of the TF coil structure 60; and the A flow plate 20 connected to the lower side of the support lug 10; and a preload structure 30 connected to the other end of the flow plate 20 and positioned inside the TF coil structure; and the lower portion of the preload structure 30. It provides a CS coil structure of the superconducting tokamak device displacement is absorbed, characterized in that it comprises a re-centering device 40 connected to and sliding in accordance with the deformation of the preload structure 30 at the lower end of the TF coil structure.

상기 리센터링장치(40)는 전치하중구조물(30) 하부에 연결되는 하우징(43);과 상기 하우징(43)의 내부에 설치되는 디스크스프링(41);과 상기 하우징(43)과 디스크스프링(41)에 관통되면서 일단은 상기 하우징(43) 내부에 디스크스프링(41)을 구속시키는 센터로드(44);와 상기 센터로드(44)의 일단에 연결되어 TF코일 구조물에 대해 전치하중구조물(30) 하부를 지지시키는 라운드헤드볼트(42)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.The recentering device 40 includes: a housing 43 connected to a lower portion of the preload structure 30; and a disk spring 41 installed inside the housing 43; and the housing 43 and a disk spring ( 41, a center rod 44 penetrates the disk spring 41 inside the housing 43 while being penetrated through the 41; and a preload structure 30 for the TF coil structure connected to one end of the center rod 44. It provides a Cs coil structure of the superconducting tokamak device which displacement is absorbed, characterized in that it comprises a round head bolt 42 for supporting the lower part.

상기 하우징(43) 외부로 관통 돌출된 센터로드(44)의 외주연에는 록킹너트(45)가 끼움 결합되어 센터로드(44)가 디스크스프링(41)에 의해 수축되는 범위를 한정시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.Locking nut 45 is fitted to the outer circumference of the center rod 44 protruding out of the housing 43 to limit the range in which the center rod 44 is contracted by the disc spring 41. The present invention provides a CS coil structure of a superconducting tokamak device in which displacement is absorbed.

상기 센터로드(44)에 있어 라운드헤드볼트(42)의 반대쪽 단부에는 센터너트(46)가 나사결합되어 센터로드(44)를 하우징(43)에 결합시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.The superconducting tokamak absorbing displacement is characterized in that the center nut 46 is screwed to the opposite end of the round head bolt 42 in the center rod 44 to couple the center rod 44 to the housing 43. Provides a COS coil structure of the device.

상기 하우징(43)의 내부 일측에는 고정키홈(47)이 요홈 형성되고 상기 센터로드(44)의 외부 일측에는 고정키(48)가 돌출 형성되어 록킹너트(45)나 센터너트(46)의 회전시 센터로드(44)가 헛도는 것을 방지시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.A fixing key groove 47 is formed at one inner side of the housing 43, and a fixing key 48 is formed at an outer side of the center rod 44 to rotate the locking nut 45 or the center nut 46. Provided is a COS coil structure of a superconducting tokamak device in which displacement is absorbed, wherein the city center rod 44 is prevented from being lost.

상기 전치하중구조물(30)의 하단에 절연판(49)이 위치되고, 절연판의 하부에 용접판의 수평부재(56)가 위치되며, 절연판은 전치하중구조물과 TF코일 구조물의 사이에 전기가 통하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.The insulation plate 49 is positioned at the lower end of the preload structure 30, the horizontal member 56 of the welding plate is positioned at the lower portion of the insulation plate, and the insulation plate does not allow electricity to flow between the preload structure and the TF coil structure. It is to provide a CS coil structure of the superconducting tokamak device which displacement is absorbed.

상기 전치하중구조물(30) 하부에는 용접판의 수평부재(56)에 의해 하우징(40)이 연결되되, 전치하중구조물과 용접판이 스터드볼트(53)와 헥스너트(53a)에 의해 나사결합되며, 헥스너트들의 사이에는 플랫바(54)가 연결되어 헥스너트들을 서로 지지시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.The housing 40 is connected to the lower portion of the preload structure 30 by the horizontal member 56 of the welding plate, and the preload structure and the welding plate are screwed by the stud bolt 53 and the hex nut 53a. The flat bar 54 is connected between the hex nuts to provide the CS coil structure of the displacement-absorbing superconducting tokamak device, characterized in that supporting the hex nuts to each other.

상기 라운드헤드볼트(42)의 단부는 센터로드의 일측에 나사결합되고, 라운드헤드볼트에서 나사결합되지 않는 부분은 플랫바(55)에 의해 수평으로 지지되되, 플랫바(55)는 수평으로 위치되어 일단은 센터로드의 일측에 부착되고 타단은 라운드헤드볼트의 헤드측부에 부착되는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.The end of the round head bolt 42 is screwed to one side of the center rod, the non-screwed portion of the round head bolt is supported horizontally by the flat bar 55, the flat bar 55 is positioned horizontally And one end of which is attached to one side of the center rod and the other end of which is attached to the head side of the round head bolt, thereby providing the CS coil structure of the displacement-absorbing superconducting tokamak device.

상기 센터너트(46) 하부의 하우징(43)에 록킹플레이트(52)가 부착되는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물을 제공한다.The locking plate 52 is attached to the housing 43 under the center nut 46, thereby providing a Cs coil structure of the superconducting tokamak device in which displacement is absorbed.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물은 TF코일 구조물에 연결되는 지지러그가 유동판에 의해 전치하중구조물과 연결되고, 전치하중구조물 하부에 TF코일 구조물 하부를 지지하는 리센터링장치를 설치함으로써, 극저온에서 운전되는 초전도 토카막 장치의 중앙 솔레노이드 코일의 열적, 구조적, 전기적 안정성을 확보하여 전자기력에 견딜 수 있는 충분한 강도와 수축변형을 흡수할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.As described above, in the CS coil structure of the superconducting tokamak device in which the displacement of the present invention is absorbed, a support lug connected to the TF coil structure is connected to the preload structure by a fluid plate, and supports the TF coil structure under the preload structure. By installing the recentering device, the thermal, structural and electrical stability of the central solenoid coil of the superconducting tokamak device operating at cryogenic temperatures can be provided to absorb sufficient strength and shrinkage deformation to withstand electromagnetic forces. .

디스크스프링이 내설된 리센터링장치가 전치하중구조물의 하부에 설치됨으로써 CS코일 구조물의 변형에 따른 변위를 흡수시키면서 TF코일 구조물에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.Since the recentering device with the disc spring installed is installed under the preload structure, it can minimize the influence on the TF coil structure while absorbing the displacement caused by the deformation of the CS coil structure.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 CS코일 구조물의 단면상태도이다. 2 is a cross-sectional view of the CS coil structure according to the present invention.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물은 전류값의 변화에 따라 플라즈마를 유도하는 것으로, 운전 중 전자기하중과 열하중으로부터 각 코일들을 구조적/열적으로 보호하며, 지진하중 및 전자기하중과 같은 횡방향 하중, 반경방향 변위하중 등을 견디도록 이루어진다.As shown in FIG. 2, the CS coil structure of the superconducting tokamak device according to the present invention induces plasma in accordance with the change of the current value, structurally and thermally protecting each coil from electromagnetic and thermal loads during operation, and It is made to withstand lateral loads such as loads and electromagnetic loads, radial displacement loads, and the like.

초전도 토카막장치의 CS코일 구조물은 기능에 따라 전치하중구조물, TF 연결 구조물, 코일 리드 지지 구조물과 같이 크게 세가지로 구분된다. The CS coil structure of the superconducting tokamak device is classified into three types according to its function: preload structure, TF connection structure, and coil lead support structure.

전치하중구조물은 코일에 인접하여 직접적으로 작용하중을 견디어야 하고, TF 연결구조물은 상부/하부에서 TF코일 구조물과 볼트 체결되거나 센터링을 한다. 리드지지구조물은 코일리드를 지지하기 위한 것이다.The preload structure must withstand the working load directly adjacent to the coil and the TF connection structure bolts or centers with the TF coil structure at the top / bottom. The lead support structure is for supporting the coil lead.

본 발명의 TF 연결 구조물은 상부의 연결구조물인 지지러그(10), 유동판(20) 및 하부 연결구조물인 리센터링장치(40)로 이루어진다.The TF connection structure of the present invention is composed of a support lug 10, a flow plate 20 and a recentering device 40 as a lower connection structure.

지지러그(10)는 TF코일 구조물의 전기절연을 위하여 평면상 8개의 요소로 이루어지고, 조립 시 볼트 체결된다. 지지러그(10)는 TF코일 구조물의 상부와 볼트 체결되어 수직방향 전자기 하중을 지탱한다. The support lug 10 is composed of eight elements on a plane for electrical insulation of the TF coil structure, and is bolted when assembled. The support lug 10 is bolted to the top of the TF coil structure to support the vertical electromagnetic load.

유동판(20)은 코일과 구조물들의 자중뿐 아니라 냉각 및 운전 중 CS와 TF 코일 구조물의 변위차를 흡수하도록 반경방향으로 유연한 구조를 갖는다. 유동판(20)은 지지러그(10)와 전치하중구조물의 상부블록(33)에 볼트 체결된다.The flow plate 20 has a radially flexible structure to absorb not only the weight of the coil and the structures but also the displacement difference between the CS and the TF coil structures during cooling and operation. The flow plate 20 is bolted to the support lug 10 and the upper block 33 of the preload structure.

리센터링장치(40)는 냉각 및 운전 중에 수직방향 변형이 가능하도록 하기 위해 수직방향 고정점이 없어야 하며, 지진하중, 플라즈마 붕괴, 코일 리드의 전자기력, 각 코일의 정렬 상태에 따라 발생할 수 있는 횡방향 하중에도 시스템을 항상 원위치를 시킬 수 있도록 설계된다.The recentering device 40 should have no vertical fixed point in order to allow vertical deformation during cooling and operation. The recentering device 40 may have a transverse load that may occur depending on the earthquake load, plasma collapse, electromagnetic force of the coil leads, and alignment of each coil. Even the system is designed to be always in place.

전치하중구조물(30)은 유동판(20) 타단에 연결되어 TF코일 구조물(60) 내측에 위치한다. 전치하중구조물(30)은 지지러그(10)와 유동판(20)에 의해서 TF코일 구조물과 연결 고정된다.The preload structure 30 is connected to the other end of the flow plate 20 and is located inside the TF coil structure 60. The preload structure 30 is fixedly connected to the TF coil structure by the support lug 10 and the flow plate 20.

전치하중구조물(30)은 외측에 외부쉘(31)이 형성되고 내측에 내부쉘(32)이 형성된다. 전치하중구조물(30)은 상측에 상부블록(33)이 형성되고 하측에 하부블록(34)이 형성된다. 상부블록의 상측에는 유동판(20)이 연결되고, 하부블록의 하측에는 리센터링장치(40)가 연결된다.The preload structure 30 is formed with the outer shell 31 on the outside and the inner shell 32 on the inside. Preload structure 30 is the upper block 33 is formed on the upper side and the lower block 34 is formed on the lower side. The flow plate 20 is connected to the upper side of the upper block, the recentering device 40 is connected to the lower side of the lower block.

도 3은 본 발명에 따른 CS코일 구조물의 리센터링장치(40)의 확대단면상태를 나타낸다.Figure 3 shows an enlarged cross-sectional state of the recentering device 40 of the CS coil structure according to the present invention.

도 3에서 보는 바와 같이 리센터링장치(40)는 전치하중구조물(30) 하부에 연결되고, TF코일 구조물의 하단부에서 전치하중구조물(30)의 변형에 따라 슬라이딩된다. As shown in FIG. 3, the recentering device 40 is connected to the lower portion of the preload structure 30 and slides according to the deformation of the preload structure 30 at the lower end of the TF coil structure.

리센터링장치(40)는 탄성력으로 토로이달코일(60)의 내측과 접하는 탄성지지부재를 구비하며, 탄성지지부재에 의해 CS코일 구조물과 TF코일 구조물이 일정간극을 유지하도록 한다. 탄성지지부재는 일예로 디스크스프링(41)과 라운드헤드볼 트(42)를 포함하여 이루어진다.The recentering device 40 is provided with an elastic support member contacting the inner side of the toroidal coil 60 with elastic force, and the CS coil structure and the TF coil structure maintain a constant gap by the elastic support member. The elastic support member includes, for example, a disk spring 41 and a round head bolt 42.

리센터링장치의 주요 기능은 CS 코일 구조물을 중심방향으로 항상 유지시켜주고 외부 하중으로부터 과다한 횡방향 움직임을 제한하는 것이다. CS 코일 구조물에 작용하는 하중들은 지진하중, 플라즈마 붕괴에 따른 횡방향 하중, TF코일 구조물과의 열수축차이에 의한 변위 등이 있다. 따라서 이러한 하중을 고려한 설계가 필요하다.The main function of the recentering device is to always keep the CS coil structure in the center direction and to limit excessive lateral movement from external loads. The loads acting on the CS coil structure include seismic loads, lateral loads due to plasma collapse, and displacement due to thermal contraction differences with the TF coil structure. Therefore, a design considering such a load is necessary.

수평방향 지진하중은 아래와 같다.The horizontal seismic load is as follows.

North-South : 0.2 g, East-West : 0.4 g, 여기서 g는 중력가속도(=9.81 m/sec2)이다.North-South: 0.2 g, East-West: 0.4 g, where g is the gravitational acceleration (= 9.81 m / sec 2 ).

지진에 의한 횡방향 힘은 다음과 같은 식에 의해 계산되며, 그 결과는 약 0.112 MN이다.The lateral force due to the earthquake is calculated by the following equation and the result is about 0.112 MN.

Figure 112007048816952-pat00001
Figure 112007048816952-pat00001

CS코일에 작용하는 최대 횡방향 전자기하중은 플라즈마가 Radial Drift할 때 약 0.25MN정도 발생된다. 이러한 횡방향 전자기하중은 CS코일 구조물의 상부와 하부에서 지지하도록 되어 있기 때문에 리센터링장치에 작용하는 설계 하중은 계산된 전자기 하중의 반 값인 0.125 MN가 사용된다.The maximum lateral electromagnetic load acting on the CS coil is about 0.25 MN when the plasma is radially drifted. Since the transverse electromagnetic loads are to be supported at the upper and lower portions of the CS coil structure, the design load acting on the recentering device is 0.125 MN, which is half of the calculated electromagnetic load.

CS코일 구조물의 냉각 후 변위를 살펴볼 때 TF구조물과 연결되는 위치는 약 2.43 mm가 중심으로 수축되며, CS코일은 약 1 ~ 1.5 mm 정도 수축되며, 리센터링장 치의 라운드헤드볼트 단부에서는 약 1.5 ~ 2 mm 정도의 중심방향 변형이 발생된다. When looking at the displacement after cooling of the CS coil structure, the position where it is connected to the TF structure is about 2.43 mm, and the CS coil is about 1 ~ 1.5 mm, and about 1.5 ~ at the round head bolt end of the recentering device. Central deformation of about 2 mm occurs.

또한 TF코일 구조물의 경우 수직상 중앙 위치에서는 냉각(Cool Down)일 경우 약 1.73 mm이고 TF코일 전원인가에서는 2.3 mm의 변위가 일어난다. 이것은 면내 전자기력이 중심위치에서 가장 큰 변형을 유발시키기 때문이다. 반면, 상하부(CS코일 구조물의 연결부)는 CD, TF on 모두 약 2.2 mm의 변위가 일어난다.In the case of the TF coil structure, a displacement of about 1.73 mm occurs at the cooling center in the vertical center position and 2.3 mm when the TF coil is applied. This is because the in-plane electromagnetic force causes the largest deformation at the center position. On the other hand, the upper and lower parts (connection of the CS coil structure) have a displacement of about 2.2 mm for both CD and TF on.

이상에서 살펴보았듯이, 리센터링장치가 조립되는 위치에서 CS코일 구조물과 TF코일 구조물의 변위차는 1 mm 내외일 것으로 판단되며, 이러한 변위는 리센터링장치의 디스크스프링(41)에서 흡수될 것이며, 이 때문에 센터로드(44)의 축력은 증가될 것이다.As described above, it is determined that the displacement difference between the CS coil structure and the TF coil structure is about 1 mm at the position where the recentering device is assembled, and the displacement will be absorbed by the disc spring 41 of the recentering device. Because of this the axial force of the center rod 44 will be increased.

도 4a 및 도 4b는 리센터링장치에 작용하는 하중분포를 나타낸 것이다. 리센터링장치의 최대하중은 두 가지 경우에 대하여 아래와 같은 계산될 수 있다.4a and 4b show the load distribution acting on the recentering device. The maximum load of the recentering device can be calculated for the following two cases.

Case (1) (도 4a)Case 1 (FIG. 4A)

Figure 112007048816952-pat00002
Figure 112007048816952-pat00002

Case (2) (도 4b)Case (2) (FIG. 4B)

Figure 112007048816952-pat00003
Figure 112007048816952-pat00003

본 발명의 구성에 대해 보다 상세히 설명하면, 리센터링장치(40)는 하우징(43), 디스크스프링(41), 센터로드(44), 라운드헤드볼트(42), 록킹너트(45) 및 센터너트(46)를 포함하여 이루어진다.Referring to the configuration of the present invention in more detail, the recentering device 40 is the housing 43, the disk spring 41, the center rod 44, the round head bolt 42, the locking nut 45 and the center nut Including 46.

하우징(43)은 전치하중구조물(30) 하부에 연결된다. 본 발명에서 하우징(43)의 일측이 볼트결합에 의해 전치하중구조물(30) 하부에 체결 연결된다. The housing 43 is connected to the lower portion of the preload structure 30. In the present invention, one side of the housing 43 is fastened to the lower portion of the preload structure 30 by bolting.

하우징(43)의 상하부에는 수직수평부재로 구성되는 용접판이 각각 부착되어 하우징을 다른 부재에 연결시키는 연결재역할을 한다. 용접판(56,57)은 하우징의 상부에 부착되고, 다른 용접판(58,59)은 하우징의 하붕에 부착된다. 용접판의 수직부재(57,58)는 하우징의 상하에 수직으로 위치된다. 용접판의 수평부재(56,59)는 수직부재의 양측에 각각 연결되고, 수평부재의 중간에는 복수의 구멍이 관통되어 다른 부재와 볼트결합된다.Upper and lower portions of the housing 43 are attached with welding plates formed of vertical horizontal members, respectively, and serve as a connecting member for connecting the housing to other members. The welding plates 56 and 57 are attached to the upper part of the housing, and the other welding plates 58 and 59 are attached to the lower shelf of the housing. Vertical members 57 and 58 of the welding plate are vertically positioned above and below the housing. The horizontal members 56 and 59 of the welding plate are respectively connected to both sides of the vertical member, and a plurality of holes penetrate through the middle of the horizontal member to be bolted to the other member.

전치하중구조물(30)의 하단에 절연판(49)이 위치되고, 절연판의 하부에 용접판의 수평부재(56)가 위치된다. 절연판에도 수평부재에 관통된 구멍과 동일한 위치 에 동일한 크기의 구멍이 관통된다. 절연판은 전치하중구조물과 TF코일 구조물의 사이에 전기가 통하지 않도록 한다.The insulating plate 49 is positioned at the lower end of the preload structure 30, and the horizontal member 56 of the welding plate is positioned below the insulating plate. Holes of the same size pass through the insulating plate at the same position as the holes penetrated through the horizontal members. The insulating plate prevents electrical conduction between the preload structure and the TF coil structure.

수평부재(56)와 절연판(49)의 구멍에는 부시(51)가 장착되고, 부시 내에는 스터드볼트(53)가 관입되어 수평부재와 전치하중구조물을 볼트결합시킨다. 스터드볼트의 단부에는 헥스너트(53a)가 결합되며, 헥스너트들의 사이에는 플랫바(54)가 연결되어 헥스너트들을 서로 지지시킨다.A bush 51 is mounted in the hole of the horizontal member 56 and the insulating plate 49, and a stud bolt 53 is inserted in the bush to bolt-couple the horizontal member and the preload structure. A hex nut 53a is coupled to an end of the stud bolt, and a flat bar 54 is connected between the hex nuts to support the hex nuts.

하우징(43)의 일측 내부에는 디스크스프링(41)의 크기만한 중공이 관통 형성된다. 하우징(43)의 중공 일측에는 디스크스프링(41)을 구속시키는 경계부(43a)가 내측으로 돌출 형성된다. 경계부(43a) 중앙에는 센터로드(44)가 관통될 수 있는 크기의 중공이 형성된다. Inside one side of the housing 43 is a hollow as large as the size of the disk spring 41 is formed through. On one side of the hollow of the housing 43, a boundary portion 43a for constraining the disk spring 41 is formed to protrude inward. In the center of the boundary portion 43a, a hollow having a size through which the center rod 44 can penetrate is formed.

본 발명의 하우징(43)에서 경계부(43a)는 하우징(43)의 중공 중간에 형성되어 경계부(43a)의 양측에 디스크스프링(41)이 설치된다. 디스크스프링(41)은 도 5에서 보는 바와 같이 와셔형상으로 이루어지고, 단면상 와셔의 중공부분에서 일정한 각도를 이루며 일측으로 접힌다. 이 형상은 단면상 디스크스프링(41)의 중공 내측이 외측보다 돌출되는 형상이다. 도 5는 본 발명에 따른 리센터링장치(40)의 디스크스프링(41)의 확대단면상태도이다.In the housing 43 of the present invention, the boundary portion 43a is formed in the hollow middle of the housing 43, and the disk springs 41 are installed at both sides of the boundary portion 43a. The disk spring 41 is formed in a washer shape, as shown in Figure 5, folds to one side at a predetermined angle in the hollow portion of the washer in the cross section. This shape is a shape in which the hollow inner side of the disk spring 41 protrudes more than the outer side in cross section. 5 is an enlarged cross-sectional view of the disk spring 41 of the recentering device 40 according to the present invention.

디스크스프링의 재질로 Inconel 718이 사용된다. Inconel 718은 매우 강도가 높고, 비자성이며, 고온 및 저온에서 널리 사용되는 재료이다. 외경과 내경이 각각 80 mm, 41 mm이고, 두께는 5 mm이다. 최대 변형량은 1.7 mm이고, 최대로 변형되었을 때의 축하중은 4500 kgf 이상이다. 본 발명의 수치제시는 일예일 뿐이며, 그 수 치를 한정하지 않는다. Inconel 718 is used as the material for the disc spring. Inconel 718 is a very strong, nonmagnetic, widely used material at high and low temperatures. The outer and inner diameters are 80 mm and 41 mm, respectively, and the thickness is 5 mm. The maximum amount of deformation is 1.7 mm, and the maximum weight during deformation is at least 4500 kgf. The numerical presentation of the present invention is only an example, and the numerical value is not limited.

디스크스프링(41)은 하우징(43)의 내부에 내설시 접힌 방향을 달리해서 내설시켜 자체적으로 탄성력을 가지도록 한다. 하나 이상의 디스크스프링(41)은 중공 내측이 돌출되는 방향을 동일하게 설치시키고, 그 다음 하나 이상의 디스크스프링(41)은 중공 내측의 돌출 방향을 반대로 하여 설치시킨다. 이러한 방법으로 하우징(43)의 내부에 적당한 개수의 디스크스프링(41)을 내설시킨다. The disc spring 41 has a resilient force by itself by varying the folded direction when the disc spring 41 is installed in the housing 43. One or more disk springs 41 are installed in the same direction in which the hollow inner side projects, and then one or more disk springs 41 are installed in the opposite direction of the hollow inner direction. In this way, an appropriate number of disc springs 41 are housed inside the housing 43.

센터로드(44)는 하우징(43)과 디스크스프링(41)에 관통되면서 일단은 하우징(43) 내부에 디스크스프링(41)을 구속시킨다. 센터로드(44)의 일단부는 디스크스프링(41)과 경계부(43a)의 중공에 관통되는 크기로 형성된다. 센터로드(44)의 타단부는 하우징(43)에서 경계부(43a)의 중공을 제외한 중공에 관통되는 크기로 형성된다. 센터로드(44)의 타단부는 하우징(43)을 관통하여 하우징(43)의 외부로 돌출된다. 센터로드(44)의 양단 일부구간에는 나사선이 형성된다. 경계부(43a)와 하우징(43)의 중공 크기로 형성된 센터로드(44) 사이에 디스크스프링(41)이 다수 내설된다.The center rod 44 penetrates the housing 43 and the disk spring 41, and one end of the center rod 44 restrains the disk spring 41 inside the housing 43. One end of the center rod 44 is formed to have a size penetrating the hollow of the disk spring 41 and the boundary 43a. The other end of the center rod 44 is formed to have a size penetrating the hollow except for the hollow of the boundary portion 43a in the housing 43. The other end of the center rod 44 penetrates through the housing 43 and protrudes out of the housing 43. A portion of both ends of the center rod 44 is formed with a screw line. A plurality of disc springs 41 are interposed between the boundary portion 43a and the center rod 44 formed in the hollow size of the housing 43.

라운드헤드볼트(42)는 센터로드(44)의 일단에 연결되어 TF코일 구조물에 대해 전치하중구조물(30) 하부를 지지시킨다. 라운드헤드볼트는 헤드부분이 라운드지게 형성되어 도 3에서 보는 바와 같이 수평으로는 TF코일 구조물에 지지되고, 수직으로는 슬라이딩이 가능하다.The round head bolt 42 is connected to one end of the center rod 44 to support the lower portion of the preload structure 30 against the TF coil structure. The round head bolt is rounded in the head portion and is supported by the TF coil structure horizontally as shown in FIG. 3, and is slidable vertically.

라운드헤드볼트(42)의 단부는 센터로드의 일측에 나사결합되고, 라운드헤드볼트에서 나사결합되는 않는 부분은 플랫바(55)에 의해 수평으로 지지된다. 플랫 바(55)는 도 3에서 수평으로 위치되어 일단은 센터로드의 일측에 부착되고 타단은 라운드헤드볼트의 헤드측부에 부착된다.The end of the round head bolt 42 is screwed to one side of the center rod, the portion of the round head bolt that is not screwed is supported horizontally by the flat bar (55). The flat bar 55 is horizontally positioned in FIG. 3 so that one end is attached to one side of the center rod and the other end is attached to the head side of the round head bolt.

하우징(43) 외부로 돌출된 센터로드(44)의 외주연에는 록킹너트(45)가 끼움 결합되어 센터로드(44)가 디스크스프링(41)에 의해 수축되는 범위를 한정시킨다. 록킹너트(45)는 내부 나사산의 방향이 반대인 2개의 너트로 이루어진다. 록킹너트(45)는 나사산의 방향이 반대인 2개의 너트로 이루어져 센터로드(44)에 체결됨으로써 체결위치의 변동없이 고정된다.A locking nut 45 is fitted to the outer circumference of the center rod 44 protruding out of the housing 43 to limit a range in which the center rod 44 is contracted by the disc spring 41. The locking nut 45 consists of two nuts with opposite directions of the internal threads. The locking nut 45 is formed by two nuts having opposite directions of the screw thread, and is locked to the center rod 44 so that the locking nut 45 is fixed without change in the fastening position.

센터로드(44)에 있어 라운드헤드볼트(42)의 반대쪽 단부에는 센터너트(46)가 나사결합되어 센터로드(44)를 하우징(43)에 결합시킨다. 센터너트(46)는 경계부(43a)의 좌측(도 3상)에 내설되는 디스크스프링(41)을 센터로드(44)에 결속시키는 역할도 한다. 록킹플레이트(52)는 센터너트의 조임이 끝난 후 센터너트(46) 하부의 하우징(43)에 부착되어 진동에 의한 센터너트의 풀림을 방지한다.The center nut 46 is screwed to the opposite end of the round head bolt 42 in the center rod 44 to couple the center rod 44 to the housing 43. The center nut 46 also serves to bind the disc spring 41 in the left side (on FIG. 3) of the boundary portion 43a to the center rod 44. The locking plate 52 is attached to the housing 43 under the center nut 46 after the tightening of the center nut to prevent the center nut from loosening due to vibration.

하우징(43)의 중공 일측에는 고정키홈(47)이 요홈 형성되고 센터로드(44)의 외부 일측에는 고정키(48)가 돌출 형성된다. 고정키(48)는 고정키홈(47) 내에 위치되어 록킹너트(45)나 센터너트(46)의 회전시 센터로드(44)가 헛도는 것을 방지한다. 도 7은 도 6b의 A-A에서 본 리센터링장치(40)의 고정키(48)의 측면상태도로써, 센터로드(44)의 상측에만 고정키(48)가 형성되어 센터로드(44) 자체가 회전되는 것을 방지한다.A fixing key groove 47 is formed in the hollow one side of the housing 43, and a fixing key 48 protrudes from the outer side of the center rod 44. The fixing key 48 is located in the fixing key groove 47 to prevent the center rod 44 from turning when the locking nut 45 or the center nut 46 is rotated. FIG. 7 is a side view of the fixing key 48 of the recentering device 40 as seen from AA of FIG. 6B, in which the fixing key 48 is formed only on the upper side of the center rod 44 so that the center rod 44 itself rotates. Prevent it.

하우징(43)의 내부구조를 종합해서 정리하면, 하우징(43)의 내부 경계부(43a)의 양측에 복수의 디스크스프링(41)이 중공부 돌출방향으로 달리하여 내설 된다. 디스크스프링(41)의 중공에 센터로드(44)가 관통되되, 센터로드(44)에 있어서 외주연의 크기가 상대적으로 큰 단부가 전치하중구조물(30)의 외측에 위치되도록 디스크스프링(41)의 중공에 센터로드(44)가 관통된다. 센터로드(44)의 전치하중구조물(30)의 외측부에는 라운드헤드볼트(42)이 설치되어 TF코일 구조물에 전치하중구조물(30)을 지지시킨다. 센터로드(44)의 전치하중구조물(30)의 외측부에 록킹너트(45)가 결합되고, 센터로드(44)의 전치하중구조물(30)의 내측부에 센터너트(46)가 결합된다.When the internal structure of the housing 43 is collectively put together, a plurality of disk springs 41 are provided on both sides of the inner boundary portion 43a of the housing 43 in different directions in the hollow projection direction. The center rod 44 penetrates through the hollow of the disc spring 41, and the disc spring 41 is positioned so that the end of the center rod 44 having a relatively large outer circumference is located outside the preload structure 30. The center rod 44 penetrates into the hollow. A round head bolt 42 is installed at an outer portion of the preload structure 30 of the center rod 44 to support the preload structure 30 in the TF coil structure. The locking nut 45 is coupled to the outer side of the preload structure 30 of the center rod 44, and the center nut 46 is coupled to the inner side of the preload structure 30 of the center rod 44.

디스크스프링(41)의 배열예와 조립순서를 살펴보면, 도 3의 좌측 스프링(disk A)은 4개가 직렬로 배열되고, 도 3의 우측 스프링(disk B)은 3개씩 직렬로 하여 8개가 조립된다. Looking at the arrangement example and the assembling procedure of the disk spring 41, four left springs (disk A) of FIG. 3 are arranged in series, and eight right springs (disk B) of FIG. .

이때 우측 스프링에서 디스크스프링의 돌출부위가 3개씩 동일한 방향으로 포개지게 배열되고, 그룹을 이룬 3개의 디스크스프링 8그룹은 디스크스프링의 돌출부위를 반대로 배열시킨다. 이렇게 되면 디스크스프링 3개의 한 그룹의 돌출부위는 돌출부위끼리 맞대지고, 외측단부는 외측단부끼리 맞대진다. 3개의 디스크스프링 그룹이 8그룹이면 도 5에서 보는 바와 같은 d간격 8개가 직렬 배열되므로 8d 만큼의 신축성이 생긴다.At this time, the protrusions of the disk springs are arranged in the same direction by three springs in the right spring, and the three disk spring groups of eight groups are arranged to reverse the protrusions of the disk springs. In this case, the projecting portions of the three disk springs are opposed to each other, and the outer ends are opposed to each other. If three disk spring groups are eight groups, eight d intervals as shown in FIG.

센터로드의 센터너트(46)에는 변위 제한을 위하여 이중 너트가 사용되고, 센터너트 조임 시 회전방지를 위하여 고정키(48)가 설계된다. In the center nut 46 of the center rod, a double nut is used to limit the displacement, and a fixing key 48 is designed to prevent rotation when the center nut is tightened.

센터링장치의 조립은 아래와 같은 순서로 수행된다.The assembly of the centering device is performed in the following order.

센터로드에 24개의 스프링(disk B)을 적층하고 우측에서 좌측으로 하우징에 삽입한다. 여기서 고정키는 사전에 조립하고 삽입 시 고정키홈에 맞도록 한다. Disk A(4개) 및 평와셔(41a)를 적층한 후 센터너트를 체결한다. 그 다음 센터너트를 토크렌치로 조인다. 토크량은 여러 단계로 하며, 센터로드의 우측 끝단에서 변위를 측정한다.24 springs (disk B) are stacked on the center rod and inserted into the housing from right to left. Here, the fixing key is assembled in advance and fits into the fixing key groove when inserted. After stacking Disk A (4 pieces) and flat washers (41a), tighten the center nut. Then tighten the center nut with a torque wrench. The torque is measured in several stages and the displacement is measured at the right end of the center rod.

Disk A와 Disk B는 힘의 평형을 이루게 되며 다음식과 같이 표현될 수 있다.Disk A and Disk B form a balance of forces and can be expressed as

Figure 112007048816952-pat00004
Figure 112007048816952-pat00004

여기서,

Figure 112007048816952-pat00005
,
Figure 112007048816952-pat00006
는 디스크스프링의 그룹(disk A, disk B)에 작용하는 하중이고
Figure 112007048816952-pat00007
는 한 개의 스프링이 최대로 변형되었을 경우, 즉 최대변위(
Figure 112007048816952-pat00008
)일 경우의 하중 값을 나타낸다. 또한 A는 스프링의 단위 배열 수이며 N은 단위배열의 반복수이다. 실제 조립에 사용된 변수를 적용하였을 경우, 두 그룹의 변형 관계는 아래와 같이 표현될 수 있다.here,
Figure 112007048816952-pat00005
,
Figure 112007048816952-pat00006
Is the load acting on the group of disk springs (disk A, disk B)
Figure 112007048816952-pat00007
Is the maximum displacement of one spring, i.e.
Figure 112007048816952-pat00008
) Indicates the load value. Where A is the number of unit arrays in the spring and N is the number of iterations of the unit array. When the variables used in the actual assembly are applied, the deformation relations of the two groups can be expressed as follows.

Figure 112007048816952-pat00009
Figure 112007048816952-pat00009

만약

Figure 112007048816952-pat00010
가 0.5
Figure 112007048816952-pat00011
로 적용된다면 각 그룹의 변형량 및 작용 하중은 아래와 같이 계산될 수 있다.if
Figure 112007048816952-pat00010
0.5
Figure 112007048816952-pat00011
If applied as, the deformation amount and working load of each group can be calculated as follows.

Figure 112007048816952-pat00012
Figure 112007048816952-pat00012

센터로드의 축력을 측정하는 방법은 하중측정장치(load cell)를 사용하거나 이론적 계산에 의해 계산할 수 있다. 리센터링장치의 조립에서는 작업의 용이성 때문에 이론적 계산방법에 근거하여 축력을 계산하였다. 하우징과 센터로드의 단부에 다이얼 게이지를 설치한 후 토크변화에 따른 변위값을 측정한다. 리센터링장치의 조립에서는 아래와 같은 계산절차 및 결과에 근거하여 전체 변형량을 8 mm가 될 때까지 토크를 적용하였으며 최대 토크는 150 kgf m 정도이다.The method of measuring the axial force of the center rod can be calculated using a load cell or by theoretical calculation. In the assembly of the recentering device, the axial force was calculated based on the theoretical calculation method because of the ease of operation. Install a dial gauge at the end of the housing and the center rod and measure the displacement according to the torque change. In the assembly of the recentering device, the torque was applied until the total deformation amount was 8 mm based on the following calculation procedure and result, and the maximum torque was about 150 kgf m.

먼저 전체 변형량이 8 mm 일 경우 disk B의 변형은 다음식과 같이 약 7.1 mm이며 또한 disk B에 작용하는 축력은 다음식에서와 같이 약 7 tons이다.First, when the total amount of deformation is 8 mm, the deformation of disk B is about 7.1 mm as shown in the following equation, and the axial force acting on disk B is about 7 tons as shown in the following equation.

Figure 112007048816952-pat00013
Figure 112007048816952-pat00013

조립절차에 따라 CS코일 구조물이 TF코일 구조물 위에 안착된 후 리센터링장 치는 최종적으로 전치하중(preload)이 적용되어야 한다. 이러한 전치하중는 아래와 같은 순서로 적용된다.According to the assembly procedure, after the CS coil structure is seated on the TF coil structure, the recentering device must be finally preloaded. These preloads are applied in the following order.

CS 조립시 라운드헤드볼트는 조립 간섭을 피하기 위해 최대한 중심쪽으로 깊게 체결한다. 그 다음 본 조립 후 라운드헤드볼트는 TF코일 구조물의 내경부(R726 mm)에 접촉이 되도록 한다.When assembling CS, round head bolts should be tightened as far as possible to avoid assembly interference. After the assembly, the round head bolt is then brought into contact with the inner diameter (R726 mm) of the TF coil structure.

초기 설계에서는 라운드헤드볼트를 TF코일 구조물에 접촉시킨 후 전치하중를 적용하는 공정이 존재 하였다. 즉, 전치하중를 주기 위해서 센터너트를 체결 반대방향(반시계 방향)으로 회전 시킨다. 그러나 라운드헤드볼트는 이미 TF코일 구조물에 접촉되어 있기 때문에 disk B는 변형이 거의 없을 것이고 disk A의 경우, 0.9 mm의 변형량이 감소되면서 disk A의 축력은 감소하게 된다. 또한 TF코일 구조물과 CS코일 구조물과의 수축에 의한 변위차 때문에 냉각 후에 추가적인 전치하중가 가해지게 된다. 따라서 상온조립에서의 전치하중 공정은 불필요하게 된다.In the initial design, there was a process of applying the preload after contacting the round head bolt to the TF coil structure. That is, the center nut is rotated in the opposite direction to the preload (counterclockwise direction). However, since the round head bolt is already in contact with the TF coil structure, disk B will have little deformation, and in the case of disk A, the amount of deformation of 0.9 mm will decrease and the axial force of disk A will decrease. In addition, an additional preload is applied after cooling due to the displacement difference caused by the contraction between the TF coil structure and the CS coil structure. Therefore, the preloading step in the assembly at room temperature becomes unnecessary.

앞서 설명된 바와 같이 냉각과 함께 리센터링장치에 가해지는 추가적인 변위는 최대 1 mm로 예측되었다. 이러한 변위가 추가 작용하게 되면 전체 변형은 9 mm 이고 Disk B에서의 변형량과 축력은 아래식에 따라 각각 계산된다. 결론적으로 운전 중에 각 리센터링장치에 작용하는 축력은 약 8 tons 내외일 것이며, 최대 5.3 tons의 횡방향 하중(지진하중 또는 플라즈마 붕괴에 따른 전자기하중)을 지탱하고 있을 것이다.As described above, the additional displacement applied to the recentering device with cooling was estimated to be up to 1 mm. When this displacement is added, the total strain is 9 mm, and the amount of deformation and axial force in Disk B are calculated according to the following equations. In conclusion, the axial force acting on each recentering device during operation will be around 8 tons and will support up to 5.3 tons of lateral load (electromagnetic load due to earthquake or plasma collapse).

Figure 112007048816952-pat00014
Figure 112007048816952-pat00014

상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물의 작용을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the action of the CS coil structure of the superconducting tokamak device according to the present invention made as described above are as follows.

리센터링장치(40)의 조립상 작용을 간단히 살펴보면 하우징(43)이 전치하중구조물(30)에 볼트결합되고 디스크스프링(41)이 하우징(43)에 내설된 상태에서 센터로드(44)가 디스크스프링(41)에 관통된다. Looking at the assembly action of the recentering device 40 briefly, the center rod 44 is the disk spring with the housing 43 is bolted to the preload structure 30 and the disk spring 41 is in the housing 43. It is penetrated by 41.

센터로드(44)에 있어 라운드헤드볼트(42)의 반대쪽 단부에는 센터너트(46)가 나사결합된다. 센터너트(46)는 풀리지 않도록 2중으로 결합되어 센터로드(44)를 하우징(43)에 결합시킨다. The center nut 46 is screwed to the opposite end of the round head bolt 42 in the center rod 44. The center nut 46 is doublely coupled so as not to loosen to couple the center rod 44 to the housing 43.

록킹너트(45)는 하우징(43) 외부로 관통 돌출된 센터로드(44)의 외주연에 나사결합된다. 록킹너트(45)는 풀리지 않도록 2중으로 결합되어 센터로드(44)가 디스크스프링(41)에 의해 수축되는 범위를 한정시킨다.The locking nut 45 is screwed to the outer circumference of the center rod 44 protruding through the housing 43. The locking nut 45 is doubled so as not to loosen to limit the range in which the center rod 44 is contracted by the disc spring 41.

하우징(43)의 내부 일측에는 고정키홈(47)이 요홈 형성되고 상기 센터로드(44)의 외부 일측에는 고정키(48)가 돌출 형성되어 록킹너트(45)나 센터너트(46)의 회전시 센터로드(44)가 헛도는 것을 방지시킨다.A fixing key groove 47 is formed at one inner side of the housing 43, and a fixing key 48 is protruded at an outer side of the center rod 44 to rotate the locking nut 45 or the center nut 46. The center rod 44 is prevented from vanishing.

본 발명에 따른 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물의 전치하중구조물(30)이 수평적으로 변형되면 전치하중구조물(30)의 상부에서는 유동판(20)이 유동하여 그에 따른 변위를 흡수한다. 여기서 수평적으로 작용하는 하중은 지진하중 및 전자기하중과 같은 횡방향 하중, 반경방향 변위하중 등이다.When the preload structure 30 of the CS coil structure of the superconducting tokamak apparatus according to the present invention is horizontally deformed, the flow plate 20 flows in the upper portion of the preload structure 30 to absorb the displacement accordingly. The loads acting horizontally are lateral loads such as earthquake loads and electromagnetic loads, radial displacement loads, and the like.

전치하중구조물(30)이 수평적으로 변형시 전치하중구조물(30)의 하부에서는 복수의 디스크스프링(41)의 탄성력에 의해 그에 따른 변위를 흡수한다. 디스크스프링(41)이 수축될 때에는 록킹너트(45)에 의해 수축범위가 한정되고 록킹너트(45)에 의한 수축범위 이상은 수축되지 않는다. 이는 CS코일구조물과 TF코일 구조물 간의 간격을 일정하게 유지하기 위해서이다. When the preload structure 30 is horizontally deformed, the lower portion of the preload structure 30 absorbs the displacement due to the elastic force of the plurality of disk springs 41. When the disk spring 41 is contracted, the contraction range is limited by the locking nut 45, and the contraction range or more by the locking nut 45 is not contracted. This is to maintain a constant gap between the CS coil structure and the TF coil structure.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 리센터링장치(40)의 디스크스프링(41)의 작동 전후상태를 나타낸다. 전치하중구조물(30)이 수평으로 압축되는 경우 리센터링장치(40)본체와 록킹너트(45)가 일정간격(g) 벌어져 있다가 일정간격(g)만큼 디스크스프링(41)들이 수축된다.6a and 6b show a state before and after the operation of the disk spring 41 of the recentering device 40 according to the present invention. When the preload structure 30 is horizontally compressed, the main body of the recentering device 40 and the locking nut 45 are separated by a predetermined interval (g), and the disk springs 41 are contracted by the predetermined interval (g).

전치하중구조물(30)이 수직적으로 변형되면 전치하중구조물(30)의 상부에서는 유동판(20)이 유동하여 그에 따른 변위를 흡수한다. When the preload structure 30 is vertically deformed, the flow plate 20 flows in the upper portion of the preload structure 30 to absorb the displacement accordingly.

전치하중구조물(30)이 수직적으로 변형시 전치하중구조물(30)의 하부에서는 리센터링장치(40)의 라운드헤드볼트(42)가 변위에 따라 슬라이딩한다. 라운드헤드볼트(42)는 디스크스프링(41)과 연결되어 디스크스프링(41)에 의해 신축성을 가지면서 슬라이딩된다. When the preload structure 30 is vertically deformed, the round head bolt 42 of the recentering device 40 slides according to the displacement at the lower portion of the preload structure 30. The round head bolt 42 is connected to the disk spring 41 and slides with elasticity by the disk spring 41.

전치하중구조물(30)이 사선방향으로 변형되면 상기와 같은 전치하중구조물(30)의 수직방향의 변형과정과 수평방향의 변형과정이 합성되어 유동판(20), 리 센터링장치(40)의 디스크스프링(41) 및 라운드헤드볼트(42)가 함께 작용한다.When the preload structure 30 is deformed in an oblique direction, the vertical deformation process and the horizontal deformation process of the preload structure 30 as described above are combined to form a disk of the fluid plate 20 and the recentering device 40. The spring 41 and the round head bolt 42 work together.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the invention has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as shown and described. Rather, those skilled in the art will appreciate that many modifications and variations of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 CS코일 구조물이 설치된 초전도 토카막장치의 사시상태도.1 is a perspective view of a superconducting tokamak device is installed CS coil structure according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 CS코일 구조물의 단면상태도.Figure 2 is a cross-sectional view of the CS coil structure according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 CS코일 구조물의 리센터링장치의 확대단면상태도.Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of the recentering device of the CS coil structure according to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 리센터링장치에 작용하는 하중분포상태도.4a and 4b is a load distribution state acting on the recentering device according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 리센터링장치의 디스크스프링의 확대단면상태도.Figure 5 is an enlarged cross-sectional view of the disk spring of the recentering device according to the present invention.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 리센터링장치의 디스크스프링의 작동 전후상태도.6a and 6b is a state diagram before and after the operation of the disk spring of the recentering device according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 리센터링장치의 고정키의 측면상태도.Figure 7 is a side view of the fixing key of the recentering device according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10. 지지러그 20. 유동판10. Support Lug 20. Flow Plate

30. 전치하중구조물 40. 리센터링장치30. Preload structure 40. Recentering device

Claims (10)

초전도 토카막장치의 TF코일 구조물들의 내측 중앙에 설치되어 전류값의 변화에 따라 플라즈마를 유도하는 CS코일 구조물에 있어서,In the CS coil structure is installed in the inner center of the TF coil structures of the superconducting tokamak device to induce the plasma in accordance with the change of the current value, 상기 CS코일 구조물은 TF코일 구조물(60)의 내측 상부와 연결되고, The CS coil structure is connected to the inner upper portion of the TF coil structure 60, 상기 TF코일 구조물(60)의 내측 상부와 연결부위에는 상기 CS 코일 구조물이 상기 TF코일 구조물에 대해 횡방향의 변위를 흡수하는 유동판(20)을 구비하며,On the inner upper part and the connecting portion of the TF coil structure 60, the CS coil structure is provided with a flow plate 20 for absorbing the transverse displacement with respect to the TF coil structure, 상기 CS코일 구조물은 상기 TF코일 구조물에 대해 종방향의 변위를 흡수하도록 CS코일 구조물의 종방향으로는 슬라이딩되는 리센터링장치(40)를 포함하여 이루어지고,The CS coil structure includes a recentering device 40 sliding in the longitudinal direction of the CS coil structure to absorb the longitudinal displacement with respect to the TF coil structure, 상기 리센터링장치(40)의 내부에는 디스크스프링(41)이 설치되고 라운드헤드볼트(42)가 디스크스프링(41)의 일측에 연결되면서 리센터링장치(40)의 일측으로 돌출 형성되어 CS코일 구조물과 TF코일 구조물이 일정간극을 유지하는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물. The disc spring 41 is installed inside the recentering device 40 and the round head bolt 42 is connected to one side of the disc spring 41 while protruding to one side of the recentering device 40 to form a CS coil structure. CS coil structure of the superconducting tokamak device is displacement is absorbed, characterized in that the TF coil structure maintains a constant gap. 초전도 토카막장치의 TF코일 구조물들의 내측 중앙에 설치되어 전류값의 변화에 따라 플라즈마를 유도하는 CS코일 구조물에 있어서,In the CS coil structure is installed in the inner center of the TF coil structures of the superconducting tokamak device to induce the plasma in accordance with the change of the current value, TF코일 구조물(60)의 내측 상부에 일체 결합되는 지지러그(10);A support lug 10 integrally coupled to the inner upper portion of the TF coil structure 60; 상기 지지러그(10) 하측에 연결되는 유동판(20);A flow plate 20 connected to the lower side of the support lug 10; 상기 유동판(20) 타단에 연결되어 상기 TF코일 구조물 내측에 위치하는 전치하중구조물(30); 및A preload structure 30 connected to the other end of the flow plate 20 and positioned inside the TF coil structure; And 상기 전치하중구조물(30) 하부에 연결되고 TF코일 구조물의 하단부에서 전치하중구조물(30)의 변형에 따라 슬라이딩되는 리센터링장치(40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.The superconducting tokamak device is absorbed displacement characterized in that it comprises a recentering device 40 is connected to the lower portion of the preload structure 30 and sliding in accordance with the deformation of the preload structure 30 at the lower end of the TF coil structure CSS coil structure. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 리센터링장치(40)는 The recentering device 40 is 전치하중구조물(30) 하부에 연결되는 하우징(43); A housing 43 connected to the lower portion of the preload structure 30; 상기 하우징(43)의 내부에 설치되는 디스크스프링(41); A disk spring 41 installed inside the housing 43; 상기 하우징(43)과 디스크스프링(41)에 관통되면서 일단은 상기 하우징(43) 내부에 디스크스프링(41)을 구속시키는 센터로드(44); 및 A center rod 44 penetrating through the housing 43 and the disk spring 41 to constrain the disk spring 41 inside the housing 43; And 상기 센터로드(44)의 일단에 연결되어 TF코일 구조물에 대해 전치하중구조물(30) 하부를 지지시키는 라운드헤드볼트(42)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.Cs coil of the superconducting tokamak device which displacement is absorbed, comprising a round head bolt 42 connected to one end of the center rod 44 and supporting the lower portion of the preload structure 30 with respect to the TF coil structure. structure. 청구항 3에 있어서, The method according to claim 3, 상기 하우징(43) 외부로 관통 돌출된 센터로드(44)의 외주연에는 록킹너 트(45)가 끼움 결합되어 센터로드(44)가 디스크스프링(41)에 의해 수축되는 범위를 한정시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.The locking nut 45 is fitted to the outer circumference of the center rod 44 protruding out of the housing 43, thereby limiting a range in which the center rod 44 is contracted by the disc spring 41. The COS coil structure of the superconducting tokamak apparatus in which the displacement to be made is absorbed. 청구항 3에 있어서, The method according to claim 3, 상기 센터로드(44)에 있어 라운드헤드볼트(42)의 반대쪽 단부에는 센터너트(46)가 나사결합되어 센터로드(44)를 하우징(43)에 결합시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.The superconducting tokamak absorbing displacement is characterized in that the center nut 46 is screwed to the opposite end of the round head bolt 42 in the center rod 44 to couple the center rod 44 to the housing 43. Coil structure of the device. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, The method according to claim 4 or 5, 상기 하우징(43)의 내부 일측에는 고정키홈(47)이 요홈 형성되고 상기 센터로드(44)의 외부 일측에는 고정키(48)가 돌출 형성되어 록킹너트(45)나 센터너트(46)의 회전시 센터로드(44)가 헛도는 것을 방지시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.A fixing key groove 47 is formed at one inner side of the housing 43, and a fixing key 48 is formed at an outer side of the center rod 44 to rotate the locking nut 45 or the center nut 46. Cs coil structure of the superconducting tokamak apparatus is absorbed displacement, characterized in that the city center rod (44) is prevented from falling. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 전치하중구조물(30)의 하단에 절연판(49)이 위치되고, 절연판의 하부에 용접판의 수평부재(56)가 위치되며, 절연판은 전치하중구조물과 TF코일 구조물의 사이에 전기가 통하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.The insulation plate 49 is positioned at the lower end of the preload structure 30, the horizontal member 56 of the welding plate is positioned at the lower portion of the insulation plate, and the insulation plate does not allow electricity to flow between the preload structure and the TF coil structure. A CS coil structure of a superconducting tokamak device, wherein the displacement is absorbed. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 전치하중구조물(30) 하부에는 용접판의 수평부재(56)에 의해 하우징(40)이 연결되되, 전치하중구조물과 용접판이 스터드볼트(53)와 헥스너트(53a)에 의해 나사결합되며, 헥스너트들의 사이에는 플랫바(54)가 연결되어 헥스너트들을 서로 지지시키는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.The housing 40 is connected to the lower portion of the preload structure 30 by the horizontal member 56 of the welding plate, and the preload structure and the welding plate are screwed by the stud bolt 53 and the hex nut 53a. CS coil structure of the superconducting tokamak apparatus is displacement is absorbed, characterized in that the flat bar 54 is connected between the hex nuts to support the hex nuts. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 라운드헤드볼트(42)의 단부는 센터로드의 일측에 나사결합되고, 라운드헤드볼트에서 나사결합되지 않는 부분은 플랫바(55)에 의해 수평으로 지지되되, 플랫바(55)는 수평으로 위치되어 일단은 센터로드의 일측에 부착되고 타단은 라운드헤드볼트의 헤드측부에 부착되는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.The end of the round head bolt 42 is screwed to one side of the center rod, the non-screwed portion of the round head bolt is supported horizontally by the flat bar 55, the flat bar 55 is positioned horizontally And one end of which is attached to one side of the center rod and the other end of which is attached to the head side portion of the round head bolt. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 센터너트(46) 하부의 하우징(43)에 록킹플레이트(52)가 부착되어 센터너트의 풀림을 방지하는 것을 특징으로 하는 변위가 흡수되는 초전도 토카막장치의 CS코일 구조물.Locking plate 52 is attached to the housing 43 of the lower portion of the center nut 46 to prevent the loosening of the center nut, the displacement of the super-conducting Tosca membrane structure of the superconducting tokamak device.
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