RU2700923C1

RU2700923C1 - Device for electrical connection of in-chamber components with a vacuum housing of a thermonuclear reactor

Info

Publication number: RU2700923C1
Application number: RU2019102561A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юрьевич Колганов; Иван Игоревич Поддубный
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-09-24

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to a device for electrical connection of in-chamber components with a vacuum housing of a thermonuclear reactor. Device is made in the form of monolithic unit with current-conducting elements and shaped slots. Current-conducting elements have profiled bulges between differently directed sections of the surface and in points of transition to flanges, which are made on end sections of the monolithic block. Distance between two adjacent current conducting elements at the location of their straight sections is determined by formula d≤4*s/(n-l), where d is the distance between two adjacent current conducting elements at the location of their straight sections, [m]; s is thickness of current conducting element on rectilinear section, [m]; n is total number of current-conducting elements.

EFFECT: higher current carrying capacity of device for electric connection of in-chamber components with vacuum housing of thermonuclear reactor with simultaneous preservation of its overall dimensions.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к термоядерной технике и может быть использовано в устройствах для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора.The invention relates to thermonuclear technology and can be used in devices for the electrical connection of in-chamber components with a vacuum case of a thermonuclear reactor.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, выполненное в виде монолитного блока с токопроводящими элементами и фасонными прорезями, при этом токопроводящие элементы имеют профилированные утолщения между разнонаправленными участками поверхности и в местах перехода к фланцам, которые выполнены на концевых участках монолитного блока (заявка PCT/RU 2017/000022, G21B 1/17, опубл. 10.08.2017).The closest to the claimed invention in terms of essential features is a device for the electrical connection of the intracameral components with the vacuum case of the thermonuclear reactor, made in the form of a monolithic block with conductive elements and shaped slots, while the conductive elements have profiled thickenings between opposite directions of the surface and at the transition points flanges that are made at the end sections of the monolithic block (application PCT / RU 2017/000022, G21B 1/17, publ. 08/10/2017).

Известное устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора выполнено из монолитного блока, содержащее два фланца, соединенные токопроводящими элементами. При неизменных габаритных размерах устройства, ограниченных параметрами термоядерной установки, токовая нагрузочная способность определяется количеством токопроводящих элементов в пакете. При выбранной толщине и форме токопроводящего элемента их количество в пакете тем меньше, чем больше ширина прорезей между ними.The known device for the electrical connection of the in-chamber components with the vacuum case of a thermonuclear reactor is made of a monolithic block containing two flanges connected by conductive elements. With the constant overall dimensions of the device limited by the parameters of the thermonuclear installation, the current load capacity is determined by the number of conductive elements in the package. With the selected thickness and shape of the conductive element, their number in the package is the smaller, the greater the width of the slots between them.

Недостатком известного устройства является его ограниченная токовая нагрузочная способность, что не позволяет повысить удельную мощность реактора. Действие сил Ампера на токопроводящие элементы, расположенные в центре пакета, взаимно скомпенсировано. Максимальные нескомпенсированные нагрузки от сил Ампера действуют на токопроводящие элементы, расположенные по краям пакета. Таким образом, токовая нагрузочная способность устройства ограничена нагрузочной способностью крайних токопроводящих элементов в пакете, которая снижается тем больше, чем больше нарушается симметрия формы волны.A disadvantage of the known device is its limited current load capacity, which does not allow to increase the specific power of the reactor. The action of Ampere forces on the conductive elements located in the center of the package is mutually compensated. Maximum uncompensated loads from Ampere forces act on conductive elements located at the edges of the package. Thus, the current load capacity of the device is limited by the load capacity of the extreme conductive elements in the package, which decreases the more, the more the symmetry of the waveform is broken.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, которое обеспечит надежность работы устройства и позволит повысить удельную мощность реактора.An object of the present invention is to provide a device for electrically connecting in-chamber components to a vacuum fusion reactor vessel, which will ensure the reliability of the device and increase the specific power of the reactor.

Технический результат настоящего изобретения заключается в увеличении токовой нагрузочной способности устройства для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора с одновременным сохранением его габаритных размеров.The technical result of the present invention is to increase the current load capacity of the device for the electrical connection of the in-chamber components with the vacuum case of the thermonuclear reactor while maintaining its overall dimensions.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, выполненном в виде монолитного блока с токопроводящими элементами и фасонными прорезями, при этом токопроводящие элементы имеют профилированные утолщения между разнонаправленными участками поверхности и в местах перехода к фланцам, которые выполнены на концевых участках монолитного блока,The specified technical result is achieved by the fact that in the known device for the electrical connection of the intracameral components with the vacuum case of the thermonuclear reactor, made in the form of a monolithic block with conductive elements and shaped slots, while the conductive elements have profiled thickenings between opposite directions of the surface and at the points of transition to the flanges which are made at the end sections of the monolithic block,

согласно изобретению расстояние между двумя соседними токопроводящими элементами в местах расположения их прямолинейных участков определяют по формуле:according to the invention, the distance between two adjacent conductive elements at the locations of their straight sections is determined by the formula:

d≤4*s/(n-1),d≤4 * s / (n-1),

где: d - расстояние между двумя соседними токопроводящими элементами в местах расположения их прямолинейных участков, [м]; s - толщина токопроводящего элемента на прямолинейном участке, [м]; n - общее число токопроводящих элементов.where: d is the distance between two adjacent conductive elements at the locations of their straight sections, [m]; s is the thickness of the conductive element in a straight section, [m]; n is the total number of conductive elements.

Расчетно-экспериментальным путем было установлено, что при величине расстояния между двумя соседними токопроводящими элементами в местах расположения их прямолинейных участков d большей, чем произведение 4*s/(n-1), токопроводящие элементы смещаются и деформируются, нарушая симметричную форму волны, снижая тем самым токовую нагрузочную способность устройства. Выбор величины расстояния между двумя соседними токопроводящими элементами в местах расположения их прямолинейных участков d не более произведения 4*s/(n-1) обеспечивает минимальное нарушение симметрии формы волны токопроводящих элементов под действием сил Ампера, что позволяет увеличить токовую нагрузочную способность устройства с одновременным сохранением его габаритных размеров.It was established by calculation and experimentally that when the distance between two adjacent conductive elements at the locations of their rectilinear sections d is greater than the product 4 * s / (n-1), the conductive elements are displaced and deformed, violating the symmetrical wave shape, thereby reducing the most current load capacity of the device. The choice of the distance between two adjacent conductive elements at the locations of their rectilinear sections d no more than the product 4 * s / (n-1) provides minimal violation of the waveform symmetry of the conductive elements under the action of Ampere forces, which allows to increase the current load capacity of the device while maintaining its overall dimensions.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведено устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора (общий вид, изометрия), на фиг. 2 показано устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора (вид сверху), на фиг. 3 представлен увеличенный фрагмент устройства для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, на фиг. 4 показано устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора в сборе с вакуумным корпусом и внутрикамерным компонентом (продольный разрез).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a device for electrically connecting in-chamber components to a vacuum fusion reactor vessel (general view, isometric view), FIG. 2 shows a device for electrically connecting in-chamber components to a vacuum fusion reactor casing (top view), FIG. 3 shows an enlarged fragment of a device for electrically connecting in-chamber components with a vacuum fusion reactor casing; FIG. 4 shows a device for electrically connecting in-chamber components to a vacuum fusion reactor assembly complete with a vacuum case and an intracameral component (longitudinal section).

Устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора содержит два фланца 1, 2 и расположенный между ними пакет токопроводящих элементов 3 с разнонаправленными участками поверхности. Фланцы 1 и 2 служат для крепления к внутрикамерному компоненту 4 и вакуумному корпусу 5. Устройство представляет собой монолитный блок, выполненный из одной заготовки из электропроводящего материала. В центральной части монолитного блока расположены токопроводящие элементы, которые имеют волнообразную форму с прямыми участками, промежутки между которыми образуют фасонные прорези. Токопроводящие элементы имеют профилированные утолщения между разнонаправленными участками поверхности и в местах перехода к фланцам 1 и 2. Расстояние между двумя соседними токопроводящими элементами в местах расположения их прямолинейных участков d выбирают равным 4*s/(n-1), где: s - толщина токопроводящего элемента на прямолинейном участке, [м], n - общее число токопроводящих элементов. Концевые части монолитного блока являются фланцами 1 и 2. Во фланцах 1 и 2 выполнены монтажные отверстия для крепления устройства к вакуумному корпусу 4 и внутрикамерному компоненту 5 реактора.A device for electrically connecting intracameral components to a vacuum fusion reactor contain two flanges 1, 2 and a packet of conductive elements 3 with multidirectional surface sections located between them. Flanges 1 and 2 are used for fastening to the in-chamber component 4 and the vacuum housing 5. The device is a monolithic block made of one blank of electrically conductive material. Conducting elements are located in the central part of the monolithic block, which have a wave-like shape with straight sections, the gaps between which form shaped slots. The conductive elements have profiled thickenings between opposite directions of the surface and at the points of transition to flanges 1 and 2. The distance between two adjacent conductive elements at the locations of their straight sections d is chosen equal to 4 * s / (n-1), where: s is the thickness of the conductive element in a straight section, [m], n is the total number of conductive elements. The end parts of the monolithic block are flanges 1 and 2. Mounting holes are made in the flanges 1 and 2 for mounting the device to the vacuum housing 4 and the in-chamber component 5 of the reactor.

Устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора работает следующим образом. При срыве тока плазмы от внутрикамерного компонента 4 к вакуумному корпусу 5 термоядерного реактора необходимо отвести большой электрический ток, вызывающий электромагнитные силы, действующие на устройство. От внутрикамерного компонента 4 ток течет в устройство через фланец 2. От фланца 2 ток течет по устройству через токопроводящие элементы 3 к фланцу 1. От устройства через фланец 1 ток течет в вакуумный корпус 5 термоядерного ректора. При работе реактора фланец 2, соединенный с внутрикамерным компонентом 4, смещается вместе с последним относительно фланца 1, соединенного с вакуумным корпусом 5, при этом целостность устройства сохраняется, поскольку токопроводящие элементы 3 имеют форму волны, обладающей податливостью.A device for electrical connection of in-chamber components with a vacuum case of a thermonuclear reactor operates as follows. When the plasma current is interrupted from the intracameral component 4 to the vacuum case 5 of the thermonuclear reactor, it is necessary to divert a large electric current, causing electromagnetic forces acting on the device. From the intracameral component 4, the current flows into the device through the flange 2. From the flange 2, the current flows through the device through the conductive elements 3 to the flange 1. From the device through the flange 1, current flows into the vacuum case 5 of the thermonuclear reactor. During operation of the reactor, the flange 2 connected to the in-chamber component 4 is displaced together with the latter relative to the flange 1 connected to the vacuum housing 5, while the integrity of the device is maintained, since the conductive elements 3 have a waveform with flexibility.

Claims

A device for electrically connecting in-chamber components with a vacuum fusion reactor shell, made in the form of a monolithic block with conductive elements and shaped slots, while the conductive elements have profiled thickenings between opposite directions of the surface and at the transition points to the flanges that are made at the end sections of the monolithic block, characterized in that the distance between two adjacent conductive elements at the locations of their straight sections determined by the formula

d≤4 * s / (n-l),

where d is the distance between two adjacent conductive elements at the locations of their straight sections, [m]; s is the thickness of the conductive element in a straight section, [m]; n is the total number of conductive elements.