一种用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，包括由穹顶式结构的内层金属框架和外层金属框架，内层金属框架和外层金属框架通过若干框架间联接杆刚性联接为一体，内层金属框架和外层金属框架均由若干根弧形立柱和上下两个相互平行的圈形梁焊接而成，内层金属框架的弧形立柱和外层金属框架的弧形立柱上均安装有若干光学元件模块支撑单元，内层金属框架的光学元件模块支撑单元与外层金属框架的光学元件模块支撑单元的安装方向相反，外层金属框架的下圈形梁设置有若干具有防震功能的横向支撑结构，每根弧形立柱的柱脚处均设置有固定件。本发明结构紧凑，整个结构利于大口径光学元件分段安装及运行维护。
【专利说明】
一种用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架
技术领域
[0001]本发明属于惯性约束核聚变装置研制技术领域，具体涉及一种用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架。
【背景技术】
[0002]应用于大型惯性约束核聚变(简称:1CF)装置中的大口径光学元件，承担着高能激光谐波转换及光束聚焦的任务。一定数量的大口径光学元件排布在以靶心为球心的球面上，通过支撑结构稳定支撑、精确定位，使得其光束聚焦点在较长时间间隔及较高精度范围内与靶心重合，完成激光光束聚焦打靶。因此，大口径光学元件支撑结构需要具有较好的微振动动力稳定性能，即在微振动环境下具有较小的结构响应，以满足重、大型光学元件的稳定支撑要求。
[0003]国外同类大科学装置如美国国家点火装置(简称NIF)对大口径光学元件采用了大型球壳体支撑及球壳法兰定位的支撑设计，利用球壳体良好的动力学性能实现大口径光学元件的稳定支撑。但是球壳体直径受限于加工能力、经济性等多方面因素，其有限的表面空间无法满足更为密集的大口径光学元件排布要求。随着ICF装置激光输出能量提升，大口径光学元件采用增加聚焦半径，提高长径比的结构设计以缓解排布密集与有限空间的矛盾。法国兆焦耳装置(简称LMJ)采用大型圆筒状笼式框架支撑及悬臂结构框架平台安装定位大口径光学元件，实现了适度密集排布的大口径光学元件稳定支撑，但是类似结构因框架设计空间限制及稳定性要求制约，仍然无法满足密集度更高、数量更多、长径比更大的大口径光学元件稳定支撑要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0006]—种用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，包括双层穹顶式金属框架，所述双层穹顶式金属框架包括穹顶式结构的内层金属框架和穹顶式结构的外层金属框架，所述内层金属框架和所述外层金属框架通过若干框架间联接杆刚性联接为一体，所述内层金属框架和所述外层金属框架均由若干根弧形立柱和上下两个相互平行的圈形梁焊接而成，所述内层金属框架的弧形立柱和所述外层金属框架的弧形立柱上均安装有若干光学元件模块支撑单元，所述内层金属框架的光学元件模块支撑单元与所述外层金属框架的光学元件模块支撑单元的安装方向相反，所述外层金属框架的下圈形梁设置有若干具有防震功能的横向支撑结构，每根所述弧形立柱的柱脚处均设置有固定件。
[0007]优选地，每根所述框架间联接杆的轴延长线均通过所述双层穹顶式金属框架的球面几何中心。
[0008]进一步地，所述外层金属框架的圈形梁固定设置有若干联接杆支座，若干所述框架间联接杆的一端一一对应焊接在若干所述联接杆支座上，若干所述框架间联接杆的另一端均焊接在所述内层金属框架的圈形梁上。
[0009]进一步地，每根所述弧形立柱均设置有上下两个牛腿，每根所述牛腿上均设置有用于固定所述光学元件模块支撑单元的安装板。
[0010]更进一步地，所述光学元件模块支撑单元设置有用于与所述牛腿上的安装板固定连接的支座法兰、用于安装光学元件模块的接口法兰和用于调节光学元件模块位置的定位调节结构，所述支座法兰与所述安装板之间设置有调整垫片。
[0011]进一步地，所述外层金属框架的下圈形梁设置有若干横向联接座，若干横向联接座与若干所述横向支撑结构对应，每个所述横向支撑结构均包括摩擦阻尼器，所述摩擦阻尼器的一端通过螺栓对应连接在其中一个所述横向连接座上，所述摩擦阻尼器的另一端固定连接有建筑预埋件，若干所述横向支撑结构的摩擦阻尼器均共面安装。
[0012]优选地，每根所述弧形立柱的柱脚处的固定件均为建筑预埋件。
[0013]本发明的有益效果在于:
[0014]本发明利用圆拱结构跨距大且承压能力强的特点，实现了数量众多、排布密集、长径比大的大口径光学元件的分段支撑，整个结构以一体化双层金属框架为支撑主体，采用内外层刚性联接提高整体刚度、横向支撑结构增加阻尼比的技术措施提高结构稳定性，以满足大口径光学元件稳定支撑要求，同时，大口径光学元件模块支撑单元为具有定位调整功能的可拆卸结构，可以满足大口径光学元件安装定位需求及空间布局调整需求，与国外同类装置类似支撑结构比较，双层穹顶式金属框架充分利用了大口径光学元件间的设计空间，结构相对紧凑，内外双层金属框架形成的大曲率半径球面支撑平台利于大口径光学元件分段安装及运行维护，尤其适用于数量众多、排布密集、具有大长径比的大口径光学元件的分段稳定支撑、安装定位及在线维护。
【附图说明】
[0015]图1是本发明所述用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架的立体结构示意图；
[0016]图2是本发明所述光学元件模块支撑单元的立体结构示意图；
[0017]图3是本发明所述双层穹顶式金属框架的立体结构示意图；
[0018]图4是本发明所述横向支撑结构的立体结构示意图；
[0019]图5是本发明所述外层金属框架上的若干光学元件模块支撑单元安装位置示意图；
[0020]图6是本发明所述内层金属框架上的若干光学元件模块支撑单元安装位置示意图；
[0021]图中:1-内层金属框架、2-外层金属框架、3-框架间联接杆、4-光学元件模块支撑单元、5-横向支撑结构、6-接口法兰、7-支座法兰、8-调整垫片、9-牛腿、10-定位调节结构、11-联接杆支座、12-圈形梁、13-弧形立柱、14-安装板、15-横向联接座、16-摩擦阻尼器、17-建筑预埋件。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0023]如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明包括双层穹顶式金属框架，双层穹顶式金属框架包括穹顶式结构的内层金属框架I和穹顶式结构的外层金属框架2，双层穹顶式金属框架的球面几何中心与ICF装置激光光束聚焦中心在一定精度范围内重合。内层金属框架I和外层金属框架2通过若干框架间联接杆3刚性联接为一体。内层金属框架I和外层金属框架2均由若干根弧形立柱13和上下两个相互平行的圈形梁12焊接而成，圈形梁12及弧形立柱13均采用箱形梁结构，其截面形状可以根据力学分析结果进行优化。
[0024]内层金属框架I的弧形立柱13和外层金属框架2的弧形立柱13上均安装有若干光学元件模块支撑单元4，内层金属框架I的光学元件模块支撑单元4与外层金属框架2的光学元件模块支撑单元4的安装方向相反，外层金属框架2的下圈形梁12设置有若干具有防震功能的横向支撑结构5，每根弧形立柱13的柱脚处均设置有固定件，这里的固定件均为建筑预埋件。
[0025]外层金属框架2的圈形梁12固定焊接有若干联接杆支座11，若干框架间联接杆3的一端一一对应焊接在若干联接杆支座11上，若干框架间联接杆3的另一端均焊接在内层金属框架I的圈形梁12上。联接杆采用型材，截面形状根据力学分析结果优选。每根框架间联接杆3的轴延长线均通过双层穹顶式金属框架的球面几何中心。
[0026]每根弧形立柱13均设置有上下两个牛腿9，每根牛腿9上均设置有用于固定光学元件模块支撑单元4的安装板14。光学元件模块支撑单元4为焊接框架结构，光学元件模块支撑单元4设置有用于与牛腿9上的安装板14固定连接的支座法兰7、用于安装光学元件模块的接口法兰6和用于调节光学元件模块位置的定位调节结构10，通过接口法兰6与大口径光学元件对接，实现大口径光学元件的分段支撑。光学元件模块支撑单元4安装定位在内、外层金属框架柱、梁形成的球壳状网格中，位于外层金属框架2的光学元件模块支撑单元4采用正放安装方式，位于内层金属框架I的光学元件模块支撑单元4采用倒挂安装方式，即安装方向相反。支座法兰7与安装板14之间设置有调整垫片8，通过支座法兰7与牛腿9的安装板14间的调整垫片8以及接口法兰6定位调节结构10可以实现光学元件模块支撑单元4位姿调整，以满足大口径光学元件粗定位要求。
[0027]光学元件模块支撑单元4安装定位在框架柱、梁形成的球壳状网格中，通过支座法兰7与内、外层金属框架的牛腿9螺栓联接，通过现场焊接的接口法兰6与大口径光学元件模块对接，安装于内、外层框架的对应光学元件模块支撑单元4其接口法兰6同轴且轴线通过光学元件光轴汇交中心。
[0028]外层金属框架2的下圈形梁12设置有若干横向联接座15，若干横向联接座15与若干横向支撑结构5 对应，每个横向支撑结构5均包括摩擦阻尼器16，摩擦阻尼器16的一端通过螺栓对应连接在其中一个横向连接座上，摩擦阻尼器16的另一端固定连接有建筑预埋件17，若干横向支撑结构5的摩擦阻尼器16均共面安装。
[0029]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，其特征在于:包括双层穹顶式金属框架，所述双层穹顶式金属框架包括穹顶式结构的内层金属框架和穹顶式结构的外层金属框架，所述内层金属框架和所述外层金属框架通过若干框架间联接杆刚性联接为一体，所述内层金属框架和所述外层金属框架均由若干根弧形立柱和上下两个相互平行的圈形梁焊接而成，所述内层金属框架的弧形立柱和所述外层金属框架的弧形立柱上均安装有若干光学元件模块支撑单元，所述内层金属框架的光学元件模块支撑单元与所述外层金属框架的光学元件模块支撑单元的安装方向相反，所述外层金属框架的下圈形梁设置有若干具有防震功能的横向支撑结构，每根所述弧形立柱的柱脚处均设置有固定件。2.根据权利要求1所述的用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，其特征在于:每根所述框架间联接杆的轴延长线均通过所述双层穹顶式金属框架的球面几何中心。3.根据权利要求1所述的用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，其特征在于:所述外层金属框架的圈形梁固定设置有若干联接杆支座，若干所述框架间联接杆的一端一一对应焊接在若干所述联接杆支座上，若干所述框架间联接杆的另一端均焊接在所述内层金属框架的圈形梁上。4.根据权利要求1所述的用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，其特征在于:每根所述弧形立柱均设置有上下两个牛腿，每根所述牛腿上均设置有用于固定所述光学元件模块支撑单元的安装板。5.根据权利要求4所述的用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，其特征在于:所述光学元件模块支撑单元设置有用于与所述牛腿上的安装板固定连接的支座法兰、用于安装光学元件模块的接口法兰和用于调节光学元件模块位置的定位调节结构，所述支座法兰与所述安装板之间设置有调整垫片。6.根据权利要求1所述的用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，其特征在于:所述外层金属框架的下圈形梁设置有若干横向联接座，若干横向联接座与若干所述横向支撑结构一一对应，每个所述横向支撑结构均包括摩擦阻尼器，所述摩擦阻尼器的一端通过螺栓对应连接在其中一个所述横向连接座上，所述摩擦阻尼器的另一端固定连接有建筑预埋件，若干所述横向支撑结构的摩擦阻尼器均共面安装。7.根据权利要求1所述的用于支撑球面排布大口径光学元件的金属框架，其特征在于:每根所述弧形立柱的柱脚处的固定件均为建筑预埋件。
【文档编号】E04B1/32GK105839780SQ201610311431
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】黄湛, 吴文凯, 陈刚, 陈晓娟, 朱明智, 苏瑞峰, 汪宝旭
【申请人】中国工程物理研究院总体工程研究所