RU2080661C1 - Spherical tokamak vacuum chamber and its manufacturing process - Google Patents

Spherical tokamak vacuum chamber and its manufacturing process Download PDF

Info

Publication number
RU2080661C1
RU2080661C1 RU9494016981A RU94016981A RU2080661C1 RU 2080661 C1 RU2080661 C1 RU 2080661C1 RU 9494016981 A RU9494016981 A RU 9494016981A RU 94016981 A RU94016981 A RU 94016981A RU 2080661 C1 RU2080661 C1 RU 2080661C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
belt
equatorial
cylinder
shell
welding
Prior art date
Application number
RU9494016981A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94016981A (en
Inventor
Г.П. Гардымов
Н.Я. Дворкин
И.Н. Лейкин
П.А. Лопушко
В.В. Миков
А.К. Редкач
Н.В. Сахаров
К.Г. Шаховец
Original Assignee
Государственное предприятие "Ленинградский Северный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное предприятие "Ленинградский Северный завод" filed Critical Государственное предприятие "Ленинградский Северный завод"
Priority to RU9494016981A priority Critical patent/RU2080661C1/en
Publication of RU94016981A publication Critical patent/RU94016981A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2080661C1 publication Critical patent/RU2080661C1/en

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Abstract

FIELD: plasma engineering; tokamak-type reactors designed for energy production by using controlled thermonuclear fusion. SUBSTANCE: shell has external equatorial cylindrical band with holes and internal hollow cylinder, both having common symmetry axis aligned with main symmetry axis of chamber, as well as two identical shell members joining equatorial belt and cylinder together on top and at bottom. Each member joining band and cylinder is built up of hollow truncated spherical segment and bell mouth joined to it, their symmetry axes being in alignment with main symmetry axis of chamber. Spherical segment is joined with equatorial band and bell mouth, with internal cylinder. Equatorial band is of varying thickness greatest in central part. Ratio of maximum band thickness to hollow cylinder thickness is greater than half the ratio of their diameters. Manufacturing process for tokamak vacuum chamber involves production of equatorial band and hollow cylinder by bending flat sheets followed by their welding, stamping shell members joining band and cylinder, and finally closing shell by welding, as well as making holes in band to receive diagnostic pipes. Holes are made after band welding and shell is finally welded up by butt joint using backing rings for forced forming of back side of weld. Backing rings are inserted before welding and removed after that through holes in band. EFFECT: improved design, facilitated manufacture. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к реакторам ядерного синтеза, а, именно к реакторам типа токомак, предназначенным для получения энергии с использованием управляемого термоядерного синтеза. The invention relates to nuclear fusion reactors, and in particular to tokomak-type reactors designed to generate energy using controlled thermonuclear fusion.

Известные вакуумные камеры токомаков в основании имеют форму классического тора. Недостатком таких камер является то, что объем заключенной в них плазмы незначителен по отношению к объему камеры и в еще большей степени по отношению к объему реактора. Known tokomak vacuum chambers at the base are in the form of a classical torus. The disadvantage of such chambers is that the volume of the plasma enclosed in them is insignificant with respect to the volume of the chamber and to an even greater extent with respect to the volume of the reactor.

Значительные преимущества были получены на токомаках сферической формы [1]
Наиболее близкой к предложенному решению является оболочка вакуумной камеры токомака, описанная в статье [2] Эта оболочка состоит из наружного и внутреннего цилиндров одинаковой высоты. Наружный и внутренний цилиндры сопрягаются снизу и сверху двумя одинаковыми куполообразными поверхностями вращения. При этом форма сечения оболочки плоскостью, проходящей через ее главную ось, приближается к эллиптической, а форма внешних обводов оболочки приближается к сферической.Significant advantages were obtained on spherical tokomaks [1]
Closest to the proposed solution is the shell of the tokomak vacuum chamber described in [2]. This shell consists of the outer and inner cylinders of the same height. The outer and inner cylinders are mated from below and from above by two identical domed surfaces of revolution. In this case, the shape of the section of the shell by the plane passing through its main axis approaches elliptical, and the shape of the outer contours of the shell approaches spherical.

Недостатком данной оболочки является сложность ее формы и изготовления, а также недостаточный запас механической прочности и устойчивости. The disadvantage of this shell is the complexity of its shape and manufacture, as well as an insufficient supply of mechanical strength and stability.

Изобретение направлено на решение задачи упрощения конструкции и изготовления оболочки вакуумной камеры токомака, а также повышение механической прочности ее оболочки. The invention is aimed at solving the problem of simplifying the design and manufacture of the shell of the tokomak vacuum chamber, as well as increasing the mechanical strength of its shell.

Для решения этой задачи предложена оболочка вакуумной камеры сферического токомака, включающая наружный экваториальный цилиндрический пояс с отверстиями и внутренний полый цилиндр, имеющие общую ось симметрии, совпадающую с главной осью симметрии камеры, два идентичных элемента оболочки, сопрягающие между собой экваториальный пояс и цилиндр сверху и снизу и соединенные сними сваркой, в которой каждый элемент, сопрягающий пояс и цилиндр, выполнен в виде полого усеченного сферического сегмента и сопряженного с ним раструба, оси симметрии которых совпадают с главной осью симметрии вакуумной камеры, причем сферический сегмент сопряжен с экваториальным поясом, а раструб с внутренним цилиндром, экваториальный пояс выполнен с переменной толщиной, максимальной в центральной части пояса, высота внутреннего полого цилиндра превосходит высоту экваториального пояса, а отношение максимальной толщины пояса к толщине полого цилиндра больше; чем половина отношения их диаметров. To solve this problem, a shell of a vacuum chamber of a spherical tokomak is proposed, including an external equatorial cylindrical belt with holes and an internal hollow cylinder having a common axis of symmetry coinciding with the main axis of symmetry of the chamber, two identical shell elements that mate between the equatorial belt and the cylinder above and below and connected by welding, in which each element mating belt and cylinder is made in the form of a hollow truncated spherical segment and a socket connected with it, the axis of symmetry and which coincide with the main axis of symmetry of the vacuum chamber, with the spherical segment mating with the equatorial belt and the bell with the inner cylinder, the equatorial belt is made with a variable thickness maximum in the central part of the belt, the height of the inner hollow cylinder exceeds the height of the equatorial belt, and the ratio of the maximum thickness the belts to the thickness of the hollow cylinder are larger; than half the ratio of their diameters.

Предложен также способ изготовления оболочки вакуумной камеры токомака, заключающейся в получении экваториального пояса полого цилиндра путем гибки каждого из них из плоских листов и последующей сварки, штамповании элементов оболочки, сопрягающих пояс и цилиндр, дополнительной токарной обработке для получения высоты экваториального пояса, меньшей чем высота полого внутреннего цилиндра, а отношения толщины экваториального пояса к толщине полого цилиндра большим половины отношения их диаметров, в выполнении отверстий в экваториальном поясе после его сварки, в использовании в качестве элементов оболочки сопрягающих экваториальный пояс и полый цилиндр сферического сегмента и раструба, причем сферический сегмент приваривают к экваториальному поясу, раструб приваривают к полому внутреннему цилиндру, а сварку для окончательного замыкания оболочки производят стыковым соединением с использованием подкладных колец для принудительного формирования обратной стороны шва, а подкладные кольца вводят до сварки и выводят после нее через отверстия в поясе. A method is also proposed for manufacturing a shell of a tokomak vacuum chamber, which consists in obtaining the equatorial belt of a hollow cylinder by bending each of them from flat sheets and subsequent welding, stamping the shell elements connecting the belt and cylinder, and additional turning to obtain an equatorial belt height less than the hollow height inner cylinder, and the ratio of the thickness of the equatorial belt to the thickness of the hollow cylinder is greater than half the ratio of their diameters, in the holes in the equatorial m belt after its welding, in use as shell elements mating the equatorial belt and the hollow cylinder of the spherical segment and the bell, the spherical segment being welded to the equatorial belt, the bell is welded to the hollow inner cylinder, and welding for the final closure of the shell is performed by butt connection using backing rings for the forced formation of the reverse side of the seam, and the backing rings are inserted before welding and output after it through the holes in the belt.

Значительная толщина пояса увеличивает прочность пояса и позволяет применить на конечном этапе его изготовления обработку резанием, что обеспечивает высокую точность его размеров. Прочность пояса и точность его размеров и формы позволяет использовать его как базовый элемент при соединении сваркой частей оболочки. Тем самым повышается точность сборки и сварки, что позволяет уменьшить размеры изготовления оболочек. Прочность пояса дает возможность сделать в нем отверстия для патрубков до сварки всей оболочки, что позволяет провести сварку наружных швов с применением подкладных элементов для принудительного формирования обратной стороны шва и этим исключить образование в швах каналов. Significant thickness of the belt increases the strength of the belt and allows the use of cutting at the final stage of its manufacture, which ensures high accuracy of its dimensions. The strength of the belt and the accuracy of its size and shape allows it to be used as a basic element when welding parts of the shell by welding. This increases the accuracy of assembly and welding, which reduces the size of the manufacture of shells. The strength of the belt makes it possible to make holes for pipes in it before welding the entire sheath, which allows welding of external seams with the use of underlay elements to force the formation of the back side of the seam and thereby eliminate the formation of channels in the seams.

На чертеже представлено сечение оболочки плоскостью, проходящей через ее главную ось симметрии. The drawing shows a section of the shell by a plane passing through its main axis of symmetry.

Оболочка состоит из внутреннего цилиндра 1 и экваториального цилиндрического пояса 2, которые сопрягаются с помощью примыкающих к цилиндру 1 сверху и снизу идентичных раструбов 3 и примыкающих к экваториальному поясу 2 идентичных полых усеченных сферических сегментов 4. Внутренний цилиндр 1, экваториальный пояс 2, раструбы 3 и сферические сегменты 4 имеют общую ось симметрии, совпадающую с главной осью симметрии камеры. Торцы пояса 2 имеют утонения 5 для образования стыковочных мест под сварку. Пояс 2 имеет также отверстия 6 для диагностических патрубков. Пояс 2 выполнен с переменной толщиной стенок, максимальной в его центральной части, где толщина стенки пояса превышает толщину стенки полого цилиндра 1 более чем в половину отношения наружного диаметра пояса 2 к наружному диаметру цилиндра 1. Высота пояса определяется размерами отверстий 6, предназначенных для установки диагностических патрубков. Высота внутреннего полого цилиндра превосходит высоту экваториального пояса. The shell consists of an inner cylinder 1 and an equatorial cylindrical belt 2, which are mated using identical hollow trunks 3 adjacent to the cylinder 1 from above and below and identical hollow truncated spherical segments adjacent to the equatorial belt 2. The inner cylinder 1, the equatorial belt 2, the trunks 3 and spherical segments 4 have a common axis of symmetry coinciding with the main axis of symmetry of the chamber. The ends of the belt 2 have a thinning 5 for the formation of the butt joints for welding. The belt 2 also has openings 6 for diagnostic pipes. The belt 2 is made with a variable wall thickness, maximum in its central part, where the wall wall thickness of the belt exceeds the wall thickness of the hollow cylinder 1 by more than half the ratio of the outer diameter of the belt 2 to the outer diameter of the cylinder 1. The height of the belt is determined by the size of the holes 6 intended for installation of diagnostic branch pipes. The height of the inner hollow cylinder exceeds the height of the equatorial belt.

Оболочку изготавливают следующим образом. The shell is made as follows.

Внутренний цилиндр 1 и экваториальный пояс 2 изготавливают гибкой плоских листов соответствующей толщины и свариванием продольных швов. После этого они могут подвергаться обработке резанием цилиндр 1 для получения заданной длины, а пояс 2 также для получения заданных наружного и внутреннего диаметров и точной цилиндрической формы. The inner cylinder 1 and the equatorial belt 2 are made of flexible flat sheets of appropriate thickness and welding of longitudinal seams. After that, they can be processed by cutting cylinder 1 to obtain a given length, and belt 2 also to obtain specified external and internal diameters and accurate cylindrical shape.

Затем в поясе 2 выполняют отверстия 6 для установки патрубков, а на торцах пояса 2 делают утонения 5 под сварку со сферическими сегментами 4. Then, holes 6 are made in the belt 2 for installing the nozzles, and at the ends of the belt 2, thinning 5 is made for welding with spherical segments 4.

Далее к поясу приваривают верхний и нижний сферические сегменты 4, а к цилиндру 1 приваривают верхний и нижний раструбы 3. При этом сварку сегментов 4 с поясом 2 осуществляют с помощью съемных подкладных колец, которые обеспечивают принудительное формирование обратной стороны шва. Сварка раструбов 3 с цилиндром 1 не требует применения подкладочных элементов, так как данные швы являются для оболочки внутренними. Next, the upper and lower spherical segments 4 are welded to the belt, and the upper and lower sockets 3 are welded to the cylinder 1. In this case, the segments 4 are welded with the belt 2 using removable washer rings, which provide the forced formation of the back side of the seam. Welding the sockets 3 with the cylinder 1 does not require the use of lining elements, since these seams are internal for the shell.

Далее пояс 2 с приваренными к нему сегментами 4 и цилиндр 1 с приваренными к нему раструбами 3 с помощью специальных приспособлений устанавливают друг относительно друга в положения, обеспечивающие замыкание оболочки, то есть цилиндр с приваренными раструбами устанавливают внутри пояса с приваренными сегментами. Next, a belt 2 with segments 4 welded to it and a cylinder 1 with sockets 3 welded to it are installed using special devices relative to each other in positions that ensure closure of the shell, i.e., a cylinder with welded sockets is installed inside a belt with welded segments.

Затем через отверстия 6 в поясе 2 вводят подкладные съемные элементы под места стыковых раструбов 3 и сегментов 4 и производят сварку указанных стыков с принудительным формированием обратных сторон швов, после чего вынимают через отверстия в поясе 2 указанные подкладочные элементы. Таким образом производится окончательное замыкание оболочки вакуумной камеры. Then, through the openings 6 in the belt 2, underlay removable elements are inserted under the places of the butt sockets 3 and segments 4 and the joints are welded with the forced formation of the reverse sides of the seams, after which the indicated lining elements are removed through the holes in the belt 2. Thus, the final closure of the shell of the vacuum chamber.

Claims (2)

1. Оболочка вакуумной камеры сферического токамака, включающая наружный экваториальный цилиндрический пояс с отверстиями и внутренний полый цилиндр, имеющие общую ось симметрии, совпадающую с главной осью симметрии камеры, и два идентичных элемента оболочки, сопрягающие между собой экваториальный пояс и цилиндр сверху и снизу и соединенные с ними сваркой, отличающаяся тем, что каждый элемент, сопрягающий пояс и цилиндр, выполнен в виде полого усеченного сферического сегмента и сопряженного с ним раструба, оси симметрии которых совпадают с главной осью симметрии вакуумной камеры, причем сферический сегмент сопряжен с экваториальным поясом, а раструб с внутренним цилиндром, экваториальный пояс выполнен с переменной толщиной, максимальной в центральной части пояса, причем высота внутреннего полого цилиндра превосходит высоту экваториального пояса, а отношение максимальной толщины пояса к толщине полого цилиндра больше, чем половина отношения их диаметров. 1. The shell of the vacuum chamber of a spherical tokamak, including an external equatorial cylindrical belt with holes and an internal hollow cylinder having a common axis of symmetry coinciding with the main axis of symmetry of the chamber, and two identical shell elements that interconnect the equatorial belt and the cylinder from above and below and are connected welding with them, characterized in that each element mating belt and cylinder is made in the form of a hollow truncated spherical segment and a socket conjugated with it, the axis of symmetry of which coincide with the main axis of symmetry of the vacuum chamber, with the spherical segment mating with the equatorial belt and the bell with the inner cylinder, the equatorial belt is made with a variable thickness maximum in the central part of the belt, the height of the inner hollow cylinder exceeding the height of the equatorial belt and the ratio of the maximum thickness of the belt to the thickness of the hollow cylinder is greater than half the ratio of their diameters. 2. Способ изготовления оболочки вакуумной камеры токамака, заключающийся в получении экваториального пояса и полого цилиндра путем гибки каждого из них из плоских листов последующей сварки, штамповании элементов оболочки, сопрягающих пояс и цилиндр, и окончательного замыкания оболочки путем сварки, а также в выполнении отверстий в поясе для установки диагностических патрубков, отличающийся тем, что дополнительной токарной обработкой получают высоту экваториального пояса меньшую, чем высота полого внутреннего цилиндра, а отношение толщины экваториального пояса к толщине полого цилиндра большим половины отношения их диаметров, отверстия в экваториальном поясе для установки диагностических патрубков выполняют после его сварки, в качестве элементов оболочки, сопрягающих экваториальный пояс и полый внутренний цилиндр, используют сферический сегмент и раструб, сферический сегмент приваривают к экваториальному поясу, раструб приваривают к полому внутреннему цилиндру, а сварку для окончательного замыкания оболочки производят стыковым соединением с использованием подкладных колец для принудительного формирования обратной стороны шва, причем подкладные кольца вводят до сварки и выводят после нее через отверстия в экваториальном поясе. 2. A method of manufacturing a shell of a tokamak vacuum chamber, which consists in obtaining an equatorial belt and a hollow cylinder by bending each of them from flat sheets of subsequent welding, stamping the shell elements connecting the belt and cylinder, and finally closing the shell by welding, as well as making holes in a belt for installing diagnostic pipes, characterized in that by additional turning, the height of the equatorial belt is lower than the height of the hollow inner cylinder, and the ratio The widths of the equatorial belt to the thickness of the hollow cylinder are greater than half the ratio of their diameters, the holes in the equatorial belt for installing diagnostic pipes are performed after welding, as spherical segment and socket, the spherical segment is welded to the equatorial, as the shell elements mating the equatorial belt and the hollow inner cylinder belt, the bell is welded to the hollow inner cylinder, and welding for the final closure of the shell is performed by a butt joint using free rings for the compulsory formation of the reverse side of the seam, and the backing rings are introduced before welding and output after it through holes in the equatorial belt.
RU9494016981A 1994-05-10 1994-05-10 Spherical tokamak vacuum chamber and its manufacturing process RU2080661C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9494016981A RU2080661C1 (en) 1994-05-10 1994-05-10 Spherical tokamak vacuum chamber and its manufacturing process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9494016981A RU2080661C1 (en) 1994-05-10 1994-05-10 Spherical tokamak vacuum chamber and its manufacturing process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94016981A RU94016981A (en) 1996-03-10
RU2080661C1 true RU2080661C1 (en) 1997-05-27

Family

ID=20155671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9494016981A RU2080661C1 (en) 1994-05-10 1994-05-10 Spherical tokamak vacuum chamber and its manufacturing process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2080661C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1329531C (en) * 2005-08-09 2007-08-01 中国科学院等离子体物理研究所 Air current baking system and method of large size vacuum vessel
CN100440384C (en) * 2004-12-22 2008-12-03 中国科学院电工研究所 Center post of annular field coil in global Tokamak magnet

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Заявка ФРГ N 2604294, кл. Н 05 Н 1/12, 1976. 2. Е.А. Lazarus et al., "A feasability study for the spherical torus experiment "Oak Ridge National haboratory report, ORNL/TM 9786, 1986, p. 3-38, 3-42. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100440384C (en) * 2004-12-22 2008-12-03 中国科学院电工研究所 Center post of annular field coil in global Tokamak magnet
CN1329531C (en) * 2005-08-09 2007-08-01 中国科学院等离子体物理研究所 Air current baking system and method of large size vacuum vessel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20040091307A1 (en) Structural coupler
RU2003111466A (en) FITTING WITH INTERNAL COMPRESSION
SU1384215A3 (en) Pipe for constructing heat-insulated pipeline
RU2080661C1 (en) Spherical tokamak vacuum chamber and its manufacturing process
US5836070A (en) Method and forming die for fabricating torque joints
US4746056A (en) Method of joining tubular steel lattice members and a device for use in the execution of the method
SU1560066A3 (en) Cylindrical coupling
US5144830A (en) Method for production of nodes for tubular truss structures
CN104358359B (en) Concave-convex steel bar joint
RU94016981A (en) SHELL VACUUM CHAMBER OF SPHERICAL TOKAMAK AND METHOD OF ITS MANUFACTURE
CN115958364B (en) Double-liner through composite flexible connection tool and process for water heater
CN114737671B (en) Connection structure and method for steel pipe concrete column and steel node and transitional connection member
JPS57195590A (en) Production of clad pipe
CN210566918U (en) Wedge-shaped welding structure of large-diameter plastic pipe
US4294662A (en) Process for the final assembly of a nuclear reactor vessel
CN218060771U (en) Assembly type building node structure based on annular ball is connected
CN212957835U (en) Can realize joint design of truss multi-angle concatenation
CN217574094U (en) Electromagnetic welding pipe fitting for plastic pipeline
CN217824110U (en) But square double-walled ripple electric power pipe of modified anhydrous ardealite of high-speed joint
SU1537342A1 (en) Billet for manufacturing balls-cylinders by moulding and cogging
KR20120015198A (en) Non-welding pipe connection manufacturing method and manufacturing mold thereof
SU603470A1 (en) Method of joining tubular articles
JPS5853505Y2 (en) Pipe joint separation prevention fitting
CN109537727A (en) A kind of tooth socket assembled space structure net shell node and construction method
SU1255777A2 (en) High-pressure joint