RU2245004C2 - Central solenoid for resistive plasma heating - Google Patents

Central solenoid for resistive plasma heating Download PDF

Info

Publication number
RU2245004C2
RU2245004C2 RU2001105630/06A RU2001105630A RU2245004C2 RU 2245004 C2 RU2245004 C2 RU 2245004C2 RU 2001105630/06 A RU2001105630/06 A RU 2001105630/06A RU 2001105630 A RU2001105630 A RU 2001105630A RU 2245004 C2 RU2245004 C2 RU 2245004C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conductors
layer
solenoid
layers
central
Prior art date
Application number
RU2001105630/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.Я. Дворкин (RU)
Н.Я. Дворкин
И.Н. Лейкин (RU)
И.Н. Лейкин
В.В. Миков (RU)
В.В. Миков
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Технология"
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 Закрытое Акционерное Общество "Технология" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Технология"
Priority to RU2001105630/06A priority Critical patent/RU2245004C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2245004C2 publication Critical patent/RU2245004C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

FIELD: plasma physics and controlled nuclear fusion problem.
SUBSTANCE: proposed central solenoid used as tokamak inductor and easily dismounted from central column has four conductor layers with inner cooling ducts. Each layer is made separately with four entrances in each layer. All sixteen conductors are connected in series and their junctions are disposed on butt-end surfaces of solenoid switching blocks. Insulated layers of conductors are inserted one into other.
EFFECT: reduced operating loads, enhanced uniformity of magnetic field.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике, связанной с физикой плазмы и проблемой управляемого ядерного синтеза, и применяется в качестве индуктора токамака.The invention relates to techniques related to plasma physics and the problem of controlled nuclear fusion, and is used as a tokamak inductor.

Центральный соленоид омического нагрева (ЦСОН) предназначен для генерации переменного магнитного потока через контур, охватываемый плазменным витком. ЦСОН должен обеспечивать подъем плазменного тока и поддержание его на стационарном уровне в течение заданного времени, выдерживая действующие механические и тепловые нагрузки.The central ohmic heating solenoid (TsSON) is designed to generate an alternating magnetic flux through a circuit covered by a plasma coil. The center of operation must provide a rise in the plasma current and maintain it at a stationary level for a given time, withstanding the existing mechanical and thermal loads.

Для сокращения интервала времени между запусками токамака ЦСОН должен иметь сечение проводника, оптимальное для заданного значения силы тока и минимальных габаритных размеров при условии соблюдения требуемого теплового режима.To shorten the time interval between tokamak launches, the central autonomous substation must have a conductor cross-section that is optimal for a given value of current and minimum overall dimensions, subject to the required thermal regime.

Для повышения технологичности изготовления соленоида при намотке и изоляции витков ЦСОН длина проводника должна быть минимальной, что не потребует применения специального технологического оборудования и оснащения.To increase the manufacturability of manufacturing the solenoid during winding and insulation of the CVSN turns, the length of the conductor should be minimal, which does not require the use of special technological equipment and equipment.

Известна конструкция ЦСОН (Гусев В.К., Шаховец К.Г., ОК-Ридж, 12-16 октября 1992 г. Международный симпозиум), представляющая собой спиральный проводник с внутренним каналом охлаждения, намотанный на технологическую оправку в один заход в два слоя.The well-known design of the central repair center (Gusev V.K., Shakhovets K.G., OK-Ridge, October 12-16, 1992 International Symposium), which is a spiral conductor with an internal cooling channel, wound on a technological mandrel in one run in two layers .

Однако единый длинный проводник создает проблему охлаждения - во избежание перегрева воды ее скорость необходимо увеличивать, что приводит к росту гидравлических потерь и возникновению кавитационной эрозии каналов охлаждения.However, a single long conductor creates a cooling problem - in order to avoid water overheating, its speed must be increased, which leads to an increase in hydraulic losses and the occurrence of cavitation erosion of the cooling channels.

Для компенсации гидравлических потерь и сохранения расхода в единицу времени необходимо увеличивать мощность насосных установок, возможности которых в настоящее время позволяют перемещать воду со скоростью не более 10...12 м/сек, или разрабатывать новые способы охлаждения проводников.To compensate for hydraulic losses and maintain flow rate per unit time, it is necessary to increase the capacity of pumping units, the capabilities of which currently allow moving water at a speed of no more than 10 ... 12 m / s, or to develop new methods for cooling conductors.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ЦСОН установки Mast (A.W.Morris and T.N.Todd for the MAST Team. UKAEA Fusion, Culham Scientre, UKAEA/EURATOM Fusion Association 1997), представляющий собой цилиндрическую 4-слойную конструкцию, состоящую из 8 спиральных проводников с внутренними каналами охлаждения с двумя заходами в каждом слое, причем проводники намотаны непосредственно на центральную колонну изделия.The closest technical solution, chosen as a prototype, is the Mast installation center (AWMorris and TNTodd for the MAST Team. UKAEA Fusion, Culham Scientre, UKAEA / EURATOM Fusion Association 1997), which is a cylindrical 4-layer structure consisting of 8 spiral conductors with internal cooling channels with two runs in each layer, and the conductors are wound directly on the central column of the product.

В данной конструкции ЦСОН соединение проводников "по току" - последовательно-параллельное, "по воде" - параллельное, при этом узлы соединения проводников находятся на торцах.In this design, the CSCS conductors connection "current" - serial-parallel, "water" - parallel, while the nodes of the conductors are at the ends.

Основными недостатками конструкции ЦСОН установки MAST являются:The main design flaws of the MAST plant are:

- намотка проводника непосредственно на центральную колонну, что исключает возможность контроля изоляции на внутренней поверхности ЦСОН и на центральной колонне;- winding the conductor directly onto the central column, which excludes the possibility of monitoring the insulation on the inner surface of the center and on the central column;

- после намотки конструкция становится неразъемной и ремонт межвитковой и межслойной изоляции затруднен;- after winding, the design becomes one-piece and repair of inter-turn and inter-layer insulation is difficult;

- последовательно-параллельная схема питания требует более сложного управляемого источника питания с обратными связями для выравнивания токов в параллельных ветвях схемы.- a serial-parallel power supply circuit requires a more complex controlled power supply with feedbacks for equalizing currents in parallel circuit branches.

Изобретение направлено на создание конструкции ЦСОН, обеспечивающей:The invention is directed to the creation of the design of the center for the provision of:

- снижение эксплутационных нагрузок за счет минимизации токов в узлах коммутации, идущих поперек магнитного поля;- reduction of operational loads due to minimization of currents in switching nodes going across the magnetic field;

- возможность демонтажа ЦСОН с центральной колонны для ремонта или замены;- the possibility of dismantling the central heating station from the central column for repair or replacement;

- взаимозаменяемость ЦСОН и центральной колонны;- interchangeability of the central heating station and the central column;

- повышение дискретности коммутации проводников по воде, что упрощает технологию изготовления проводников, намотки и изоляции витков, а также снижение гидравлических потерь;- increasing the discreteness of switching conductors in water, which simplifies the technology for the manufacture of conductors, winding and insulation of coils, as well as reducing hydraulic losses;

- более однородное магнитное поле за счет последовательного соединения проводников.- a more uniform magnetic field due to the serial connection of conductors.

Технический результат достигается тем, что конструкция ЦСОН установки КТМ состоит из четырех слоев проводников с внутренними каналами охлаждения, в каждом из которых находятся четыре проводника в форме спирали, которые собираются между собой свинчиванием после нанесения изоляции и соединены последовательно.The technical result is achieved by the fact that the design of the CVC of the KTM installation consists of four layers of conductors with internal cooling channels, in each of which there are four conductors in the form of a spiral, which are assembled together by screwing after applying insulation and are connected in series.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема ЦСОН с условно снятой верхней крышкой: входная клемма 1, выходная клемма 2, коммутационная колодка 3, трубка системы охлаждения 4, спиральный проводник 5, изоляция 6, нижняя крышка 7, канал охлаждения 8.The invention is illustrated by the drawing, which shows the diagram of the central heating system with the conditionally removed top cover: input terminal 1, output terminal 2, patch block 3, cooling system tube 4, spiral conductor 5, insulation 6, bottom cover 7, cooling channel 8.

Заявляемый ЦСОН отличается от прототипа тем, что каждый слой проводников собирают отдельно из четырех проводников и все проводники соединяют последовательно.The inventive CVSC differs from the prototype in that each layer of conductors is assembled separately from four conductors and all conductors are connected in series.

Заявляемый ЦСОН представляет собой цилиндрическую четырехслойную конструкцию общей высотой 3132 мм с наружным диаметром 562 мм и внутренним диаметром 310 мм с четырьмя заходами в каждом слое, 16 спиральных проводников 5 намотаны послойно и имеют последовательное соединение для однородного распределения электрического тока. Каждый проводник 5 охлаждается автономно, коммутация витков по воде - параллельная. Проводники ЦСОН выполнены из серебряной бронзы (бескислородная медь с добавкой 0,1% серебра) с электрической проводимостью 101,5% по сравнению с чистой медью, электроизоляция витков и слоев ЦСОН - из полимерных композиционных материалов на основе полиамидных или эпоксидных связующих, обеспечивающих длительную работу при 300-400°С или при 150-170°С во втором случае. Узлы соединения проводников расположены на торцевых поверхностях ЦСОН, что позволяет уменьшить динамическое воздействие магнитного поля на перемычки между витками ЦСОН.The inventive CSS is a cylindrical four-layer structure with a total height of 3132 mm with an outer diameter of 562 mm and an inner diameter of 310 mm with four runs in each layer, 16 spiral conductors 5 are wound in layers and have a series connection for uniform distribution of electric current. Each conductor 5 is cooled independently, the switching of the water turns is parallel. TSSON conductors are made of silver bronze (oxygen-free copper with the addition of 0.1% silver) with an electrical conductivity of 101.5% compared to pure copper, the electrical insulation of the TSSON coils and layers is made of polymer composite materials based on polyamide or epoxy binders, ensuring long-term operation at 300-400 ° C or at 150-170 ° C in the second case. The nodes of the connection of conductors are located on the end surfaces of the center for the operation of the center, which reduces the dynamic effect of the magnetic field on the jumpers between the turns of the center.

На торцевых поверхностях ЦСОН выполнены шлицевые канавки для механического восприятия силовых нагрузок на перемычки со стороны магнитного поля (паяное соединение обеспечивает только электрический контакт). Коммутационные колодки 3 (перемычки) (8 шт.), имеющие выступы для шлицевого соединения и отверстия для системы водоохлаждения, припаяны к соответствующим поверхностям проводников ЦСОН. Подводящие трубки 4 системы охлаждения установлены в отверстия коммутирующих колодок 3.Slotted grooves are made on the end surfaces of the center for the mechanical perception of power loads on the jumpers from the side of the magnetic field (a soldered connection provides only electrical contact). Switching pads 3 (jumpers) (8 pcs.), Having protrusions for the spline connection and holes for the water cooling system, are soldered to the corresponding surfaces of the CVP conductors. Leading tubes 4 of the cooling system are installed in the holes of the switching blocks 3.

Соленоид работает следующим образом: ток подается на клемму 1. Опускаясь по нисходящим (проводники первого и третьего слоя с левой навивкой условно названы нисходящими) проводникам первого (нумерация слоев соленоида - от центра к периферии) слоя и поднимаясь по восходящим (проводники второго и четвертого слоя с правой навивкой условно названы восходящими) проводникам второго слоя, ток проходит все восемь спиральных проводников первого и второго слоев, соединенных последовательно при помощи колодок 3, расположенных на верхнем и нижнем торцах соленоида. По колодке 3, расположенной между клеммами 1 и 2, ток переходит на третий и четвертый слои. Аналогично ток проходит восемь спиральных проводников третьего и четвертого слоев, соединенных последовательно при помощи колодок 3, расположенных на верхнем и нижнем торцах соленоида. Затем ток выходит на клемму 2.The solenoid operates as follows: current is supplied to terminal 1. Dropping along the descending (the conductors of the first and third layers with the left winding are conventionally called descending) conductors of the first (numbering of the solenoid layers from the center to the periphery) layer and rising along the ascending (conductors of the second and fourth layer with right-hand winding are conventionally called the ascending) conductors of the second layer, the current passes through all eight spiral conductors of the first and second layers, connected in series using blocks 3 located on the upper and lower torus ah solenoid. By block 3, located between terminals 1 and 2, the current passes to the third and fourth layers. Similarly, the current passes through eight spiral conductors of the third and fourth layers, connected in series using blocks 3 located on the upper and lower ends of the solenoid. Then the current goes to terminal 2.

Таким образом, ток, обходя все шестнадцать последовательно соединенных спиральных проводников, совершает 16×n оборотов в направлении, указанном на чертеже стрелкой (n - количество витков в каждом проводнике), т.е. эквивалентное число витков соленоида - 16×n.Thus, the current, bypassing all sixteen serially connected spiral conductors, makes 16 × n turns in the direction indicated by the arrow in the drawing (n is the number of turns in each conductor), i.e. the equivalent number of turns of the solenoid is 16 × n.

Поскольку коммутируются колодками только концы проводников, расположенные в непосредственной близости друг от друга, то длина участков колодок 3, где ток идет поперек магнитного поля, минимальна, следовательно, минимальна и сила, действующая на колодки со стороны магнитного поля.Since only the ends of the conductors located in close proximity to each other are switched by the blocks, the length of the sections of the blocks 3, where the current flows across the magnetic field, is minimal, therefore, the force acting on the blocks from the side of the magnetic field is also minimal.

Вода подается на каждый из шестнадцати проводников независимо по трубкам 4, расположенным на верхнем торце, а отводится по аналогичным трубкам, расположенным на нижнем торце соленоида. Скорость воды - 1 м/сек (до 5 м/сек при необходимости).Water is supplied to each of the sixteen conductors independently via tubes 4 located at the upper end, and is discharged through similar tubes located at the lower end of the solenoid. Water speed - 1 m / s (up to 5 m / s if necessary).

Заявляемый ЦСОН представляет собой целый самостоятельно выполняемый узел и обеспечивает удобство (технологичность) сборки и ремонта; снижение эксплуатационных нагрузок за счет минимизации токов в узлах коммутации, идущих поперек магнитного поля, более однородное магнитное поле за счет только последовательной схемы коммутации всех четырех заходов спиральных проводников в 4-х слоях.The inventive ЦСОН represents a whole independently executed unit and provides convenience (manufacturability) of assembly and repair; reduction of operational loads due to minimization of currents in switching nodes extending across the magnetic field, more uniform magnetic field due to only a sequential switching scheme of all four spiral conductors in 4 layers.

Claims (1)

Центральный соленоид омического нагрева плазмы, содержащий проводники с внутренними каналами охлаждения, намотанные в четыре слоя, узлы соединения которых расположены на торцевых поверхностях коммутационных колодок, отличающийся тем, что проводники намотаны с четырьмя заходами в каждом слое и соединены последовательно.The central solenoid of ohmic plasma heating, containing conductors with internal cooling channels wound in four layers, the connection nodes of which are located on the end surfaces of the switching blocks, characterized in that the conductors are wound with four runs in each layer and connected in series.
RU2001105630/06A 2001-02-27 2001-02-27 Central solenoid for resistive plasma heating RU2245004C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105630/06A RU2245004C2 (en) 2001-02-27 2001-02-27 Central solenoid for resistive plasma heating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105630/06A RU2245004C2 (en) 2001-02-27 2001-02-27 Central solenoid for resistive plasma heating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2245004C2 true RU2245004C2 (en) 2005-01-20

Family

ID=34978445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001105630/06A RU2245004C2 (en) 2001-02-27 2001-02-27 Central solenoid for resistive plasma heating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2245004C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Morris A.W. et al for the MAST Team. Ukaea Fusion, Culham Scientre, Ukaea/Euratom Fusion Association, 1997. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4429244A (en) Stator of generator
CA1266094A (en) Induction heating and melting systems having improved induction coils
UA44857C2 (en) ELECTROMAGNETIC DEVICE (option), high-voltage electric power SET, power grid, method of controlling the electric field in the electromagnetic DEVICES, a method of manufacturing a magnetic circuit for electrical machines rotating CABLE FOR DEVICES FORMATION in electromagnetic winding generating a magnetic field
JP2005218297A (en) Ac winding having integrated cooling system and method for manufacturing the same
US3056071A (en) Electrical coil structure
KR20000016040A (en) Insulated conductor for high voltage windings and a method of manufacturing the same
EP0345915B1 (en) Winding, stator and pump
CN110383403B (en) Non-liquid immersed transformer with improved coil cooling
US3983427A (en) Superconducting winding with grooved spacing elements
CA1144246A (en) Electrical reactor with foil windings
RU2245004C2 (en) Central solenoid for resistive plasma heating
KR20010031962A (en) Electromagnetic Device
US20160071644A1 (en) Coil assembly for a dry transformer, method for manufacturing a coil assembly and dry transformer
JP2000516015A (en) Insulated conductor for high voltage winding
US11145455B2 (en) Transformer and an associated method thereof
RU2399980C2 (en) Alternating primary and secondary windings of flat transformer
WO2001013496A1 (en) Water cooled stator winding of an electric motor
CA1241703A (en) Electrical coil heating apparatus
JP7448746B2 (en) Medium frequency transformer with parallel windings
US3668584A (en) Electrical power apparatus
RU2155404C1 (en) High-voltage high-frequency transformer
KR20070068929A (en) Superconducting fault current limiters having fault current module used superconductive tape
CA2150137C (en) Division of current between different strands of a superconducting winding
KR20010032377A (en) Insulated conductor for high-voltage machine windings
SU993488A1 (en) Inductor for low-temperature heating of articles by industrial frequency currents

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041113

TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL: 26-2006