一种复合管道真空穿透组件的制作方法

本新型属于穿透组件，特别涉及一种复合管道真空穿透组件。

背景技术：

气体加料系统是国际热核聚变试验堆(ITER)装置的组成系统之一，它负责将来自气源工厂的工作气体输送到指定的气体阀门箱，然后根据ITER装置运行需要将气体注入到主真空室内。气体注入管线需要沿途穿过低温冷屏和主真空室壁后到达注入点，考虑到低温冷屏的结构和温度特点以及主真空室的高真空气密性要求，需要在两个贯穿处给予特殊的结构考虑，以保证管道在各种工况下安全运行，同时满足管道检测、维护以及工艺性等的要求。复合管道真空穿透组件的设计研究涉及超高真空技术、低温、热力学、流体动力学、机械、材料、中子辐照等多学科，技术含量较高，制造难度较大。整个组件管道结构主要考虑满足高真空密封、大温差造成的位移变化时对管道的影响，以及管道安装、检测、维护和工艺性等方面的要求。

气体注入管线为双层包容管道，其中内管为气体输运管道，管道一端直接需与主真空室相通，主真空室在非送气状态时保持<10^‐4Pa量级的高真空(定期还会240℃左右的烘烤)，另一端与气源端的隔离阀门相接(接到气体阀门箱)；外管为包容管，起二次包容和保护作用，两管间隙内充入惰性气体作为保护气体。

传统这类穿透件，结构都较为简单，如图1所示，一端大气，一端真空，中间以标准CF法兰密封连接到真空室壁。大多数穿透部件还仅仅是单管穿透单层真空的结构，送气管道采用直接密封焊接到标准CF法兰上，当穿透部分发生较大变形位移时(如：低温或高温烘烤)很容易造成真空泄漏，管道结构无法将轴向变形位移传递。特别是对与两级真空压力容器的穿透，如果直接使用传统穿透件，由于两级真空压力容器壁的变形不同极易造成穿透部分真空泄露。

技术实现要素：

本新型针对现有技术缺陷，提供一种复合管道真空穿透组件。

本新型是这样实现的：一种复合管道真空穿透组件，包括

主真空室壁穿透件，主真空室壁穿透件为阶梯状陀螺结构，该主真空室壁穿透件的直径与真空室壁开孔相匹配，

二次包容管道，在主真空室壁穿透件的后端与二次包容管道固定连接，二次包容管道为中空管状零件，在二次包容管道中设置同样为中空管状零件的送气管，二次包容管道连接两侧真空室壁和低温冷屏壁，对内部送气管道的波纹管起到二次包容和保护作用，

冷屏穿透件，二次包容管道的另一端与冷屏穿透件固定连接，冷屏穿透件为中空环形零件，最中心圆环的直径与送气管的尺寸相匹配，外环的内径与二次包容管道的内径相匹配，冷屏穿透件的外径尺寸与低温冷屏壁上的预留通道尺寸相匹配，冷屏穿透件的外环与壁焊接，冷屏穿透件主要起到支撑作用；配合波纹管以及端头结构，将低温冷屏区域的真空边界向右侧延伸

双层波纹管补偿器，冷屏穿透件的另一端与双层波纹管补偿器固定连接，双层波纹管补偿器由直径不同的内外两段套接的波纹管和两端真空接口法兰焊接段组成，其中直径较小的波纹管与冷屏穿透件中较小直径的环相匹配，直径较大的波纹管与冷屏穿透件中较大直径的环相匹配，双层波纹管补偿器解决了多级真空隔离、位移补偿和对气体管道保护的作用，

端头结构，双层波纹管补偿器的另一端与端头结构固定连接，端头结构为带有底面的双层圆柱体结构，其中直径较小的圆柱体与双层波纹管补偿器中较小直径的环相匹配，直径较大的圆柱体与双层波纹管补偿器中较大直径的环相匹配，在端头结构的底面上设置有气体进出口，气体进出口的个数与密封流道的个数相一致。

送气管道，每个气体进出口均与一个送气管道相连接，

如上所述的一种复合管道真空穿透组件，其中，在二次包容管道和送气管之间设置有多个内支撑件。

如上所述的一种复合管道真空穿透组件，其中，在主真空室壁穿透件与二次包容管道连接的一端设置环焊接。

本新型的显著效果是：本发明解决了双层管道、两级真空边界的穿透问题，在发明的设计过程中考虑了由于真空室壁烘烤造成的温度差以及与低温冷屏壁之间的温度差造成的较大轴向位移变形对管道结构安全的影响，提高了管道使用寿命和应用范围；解决了传统穿透结构可能对真空室壁和低温冷屏壁两级真空环境的破坏问题；预留了检测接口，配合气体成份检测单元还可以实现在线检测的功能。本专利穿透组件由于在结构上的合理组合和设计保证了一级真空容器(主真空室)，二级真空容器(冷屏与主真空室之间的真空)不受影响；改变传统低温穿透复合管道内的填充材料为惰性气体，配合内支撑件的合理布置，以316L不锈钢为材料，杜绝了由于辐照等原因可能造成的传统夹层填充材料的改性；检测接口的采用，配合气体成份检测单元还可以实现在线检测功能；双层波纹管补偿器的采用，使整个管道结构找到了支撑，同时又合理处置了两级真空压力容器壁传递的变形位移，保证了穿透组件结构安全，扩展了该穿透组件的应用范围。

附图说明

图1传统管道穿透件。

图2真空穿透组件整体结构示意图。

图3真空穿透组件结构图。

图中：1.主真空室壁穿透件、2.二次包容管道、3.冷屏穿透件、4.双层波纹管补偿器、5.端头结构、6.送气管道、7.内支撑件。

具体实施方式

如附图2和附图3所示，一种复合管道真空穿透组件，包括主真空室壁穿透件1、二次包容管道2、冷屏穿透件3、双层波纹管补偿器4、端头结构5、送气管道6，其中主真空室壁穿透件1为阶梯状陀螺结构，该主真空室壁穿透件1的直径与真空室壁开孔相匹配，在主真空室壁穿透件1的后端与二次包容管道2固定连接，二次包容管道2为中空管状零件，在二次包容管道2中设置同样为中空管状零件的送气管，二次包容管道2连接两侧真空室壁和低温冷屏壁，对内部送气管道(一般采用波纹管)起到二次包容和保护作用，特别是对于化工特种气体的送气起到重要作用。二次包容管道2的另一端与冷屏穿透件3固定连接，冷屏穿透件3为中空环形零件，最中心圆环的直径与送气管的尺寸相匹配，外环的内径与二次包容管道2的内径相匹配，冷屏穿透件3的外径尺寸与低温冷屏壁上的预留通道尺寸相匹配，冷屏穿透件3的外环与壁焊接，冷屏穿透件3主要起到支撑作用；配合波纹管以及端头结构，将低温冷屏区域的真空边界向右侧延伸。冷屏穿透件3的另一端与双层波纹管补偿器4固定连接，双层波纹管补偿器4由直径不同的内外两段套接的波纹管和两端真空接口法兰焊接段组成，其中直径较小的波纹管与冷屏穿透件3中较小直径的环相匹配，直径较大的波纹管与冷屏穿透件3中较大直径的环相匹配，双层波纹管补偿器4解决了多级真空隔离、位移补偿和对气体管道保护的作用。双层波纹管补偿器4的另一端与端头结构5固定连接，端头结构5为带有底面的双层圆柱体结构，其中直径较小的圆柱体与双层波纹管补偿器4中较小直径的环相匹配，直径较大的圆柱体与双层波纹管补偿器4中较大直径的环相匹配，在端头结构5的底面上设置有气体进出口，气体进出口的个数与密封流道的个数相一致。每个气体进出口均与一个送气管道6相连接。

在二次包容管道2和送气管之间设置有多个内支撑件7。

在主真空室壁穿透件1与二次包容管道2连接的一端设置环焊接。

本发明不是传统结构的简单改进，而是一种全新的理念。充分利用管道间隙结构，在现场非常有限的空间位置上，进行合理的布局；本发明本质上是通过双层波纹管，内支撑件，特殊的端头结构，与内外管道组成一个整体穿透组件，起到支撑和传递载荷的作用，吸收较大位移的变形量，消除了来自真空室和冷屏(即：低温容器壁)位移带来的影响，从而达到保证送气管道结构安全，以及预留气体监测接口的要求。本发明可应用于辐照环境下特殊气体的输送，特别是复合管道一端为真空，一端为大气，真空容器有较大位移变形量，器壁又需要穿透的情况；对于化工气体行业以及核电站气体管道，真空或低温容器的穿透部分都可以广泛应用。