一种用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构的制作方法

本发明属于托卡马克核聚变装置相关技术领域，更具体地，涉及一种用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构。

背景技术：

在聚变反应堆中，包层担负着氚的供给、核素转换、高级能量转换及提取作用。实验包层模块(Test Blanket Module，TBM)未来将要在国际热核实验反应堆(ITER)上进行上述功能及安全评估实验验证。聚变堆内等离子体破裂是一种严重的不稳定性，聚变堆等离子体破裂时会在包层模块等堆内部件上产生强的瞬态电磁和热载荷，对其造成冲击破坏，研究包层模块等堆内部件破裂载荷预防减缓技术，是磁约束聚变堆设计运行的关键科学技术问题之一。通过在聚变托卡马克装置真空室窗口处安装TBM测试模块，研究破裂时瞬态电磁和热载荷的诊断测量方式并开展主动破裂载荷测量实验，分析破裂时等离子体与实验包层模块等堆内部件的相互作用机制，是研究解决这一科学技术问题的必要途径。

未来，TBM模块将被安装在ITER赤道窗口位置，国际上包括中国在内的ITER参与相关方都在发展各自的ITER实验包层模块方案及其相关的真空室接口设计、密封及屏蔽方法、冷却循环及辅助系统，设计了安装维护机械臂和机械车。以上基于ITER真空室窗口的接口方案考虑了氚增殖实验、能量提取、屏蔽维护、安全性等各项需求，然而结构复杂，设计实现成本较高，灵活性较低，不利于TBM模块设计测试阶段的推广应用。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构，其通过模块真空腔体与真空室快速安装与密封；所述真空室接口结构通过驱动机构与模块支撑柱相配合实现TBM测试模块的移动与定位，同时，支撑机构可承载真空室接口结构本身自重与托卡马克实验载荷，并为TBM测试模块等离子体破裂载荷测量实验提供了平台，满足了相关测试实验对TBM测试模块位置调整的要求，结构简单，加工调试方便，易于装配，成本较低，灵活性较高，有利于推广应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构，其包括支撑机构、导向机构、驱动机构、密封波纹管及模块支撑柱，其特征在于：

所述支撑机构连接于托卡马克装置的真空室，且其用于收容TBM测试模块，所述TBM测试模块包括第一壁，所述第一壁与所述真空室内的等离子体区域相对设置；所述导向机构连接于所述支撑机构，其用于为所述TBM测试模块的移动提供导向；

所述模块支撑柱的一端收容于支撑机构内且与所述TBM测试模块相连接，另一端穿过所述支撑机构后连接于所述驱动机构；所述密封波纹管的两端分别连接于所述支撑机构及所述驱动机构，且其套设在所述模块支撑柱上；所述驱动机构通过转动以压缩或者拉伸所述密封波纹管，进而通过所述模块支撑柱带动所述TBM测试模块沿所述模块支撑柱的轴向移动。

进一步的，所述支撑机构包括模块真空腔体，所述模块真空腔体、所述密封波纹管及所述真空室相连通以形成贯通的真空内腔，所述TBM测试模块位于所述真空内腔内。

进一步的，所述模块真空腔体的一端通过连接法兰紧固在所述真空室上，另一端连接于第一法兰。

进一步的，所述密封波纹管的一端连接于所述第一法兰，另一端连接于支撑板；所述模块支撑柱的一端穿过所述模块真空腔体及所述密封波纹管后连接于所述支撑板。

进一步的，所述导向机构包括安装板及六个间隔设置的支撑杆，六个所述支撑杆的一端分别连接于所述第一法兰，另一端分别穿过所述支撑板；六个所述支撑杆中的两个穿过所述支撑板后连接于所述安装板；六个所述支撑杆用于为所述TBM测试模块的移动提供导向。

进一步的，所述驱动机构包括丝杠、设置在所述安装板上的丝杠螺母及转动手轮，所述丝杠的一端连接于所述支撑板，另一端穿过所述丝杠螺母后连接于所述转动手轮；所述转动手轮通过转动带动所述丝杠移动，所述丝杠带动所述支撑板沿所述支撑杆移动，所述支撑板带动所述模块支撑柱移动，进而所述模块支撑柱带动所述TBM测试模块移动。

进一步的，所述真空室接口结构还包括限位螺钉，所述限位螺钉设置在所述模块真空腔体内，其用于标定所述TBM测试模块移动行程的起始位置。

进一步的，所述真空室接口结构还包括引线盒，所述引线盒固定在所述支撑板上，其与所述模块支撑柱分别位于所述支撑板相背的两侧。

进一步的，所述模块支撑柱为中空结构，其与所述引线盒相对设置，所述TBM测试模块的测试信号经所述模块支撑柱引出到所述引线盒，并经所述引线盒穿真空引出。

进一步的，所述连接法兰与所述真空室之间、所述连接法兰与所述模块真空腔体之间、所述模块真空腔体与所述第一法兰之间均设置有铟圈以实现真空硬密封。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构，其通过模块真空腔体与真空室快速安装与密封；所述真空室接口结构通过驱动机构与模块支撑柱相配合实现TBM测试模块的移动与定位，同时，支撑机构可承载真空室接口结构本身自重与托卡马克实验载荷，并为TBM测试模块开展等离子体破裂载荷测量实验提供了平台，满足了相关测试实验对TBM测试模块位置调整的要求，结构简单，加工调试方便，易于装配，成本较低，灵活性较高，有利于推广应用。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构的示意图。

图2是图1中的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构的剖视图。

图3是图1中的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构的TBM测试模块沿一个角度的结构示意图。

图4是图1中的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构的TBM测试模块沿另一个角度的结构示意图。

图5是图1中的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构的TBM测试模块连接结构的局部示意图。

图6是图1中的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构处于使用状态的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-TBM测试模块，11-第一壁，21-连接法兰，22-模块真空腔体，23-第一法兰，24-支撑板，25-引线盒，26-模块支撑柱，27-第二法兰，3-密封波纹管，41-丝杠，42-丝杠安装座，43-安装板，44-轴套，45-锁紧螺母，46-球轴承，47-丝杠螺母，5-转动手轮，61-支撑杆，62-支撑杆安装座，63-安装套，7-真空室，8-等离子体区，9-限位螺钉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图2、图3、图5及图6，本发明较佳实施方式提供的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构，所述真空室接口结构可实现TBM测试模块在真空室窗口处的快速安装与密封，且其能够实现TBM测试模块的移动与定位。所述真空室接口结构可承载模块本身自重与托卡马克实验载荷，并为TBM测试模块等离子体破裂载荷测量实验提供了平台，满足了相关测试实验对模块位置调整的要求。

请一并参阅图1及图4，所述真空室接口结构包括连接法兰21、模块真空腔体22、第一法兰23、支撑板24、引线盒25、模块支撑柱26、第二法兰27、密封波纹管3、丝杠41、丝杠安装座42、安装板43、轴套44、锁紧螺母45、球轴承46、丝杠螺母47、转动手轮5、支撑杆61、支撑杆安装座62、安装套63及限位螺钉9。本实施方式中，所述连接法兰21、所述模块真空腔体22、所述第一法兰23及所述支撑杆安装座62组成支撑机构；所述支撑杆61、所述支撑杆安装座62、所述安装套63、所述安装板43及所述轴套44组成导向机构；所述转动手轮5、所述丝杠41、所述丝杠安装座42、所述锁紧螺母45、所述球轴承46及所述丝杠螺母47组成驱动机构。所述支撑机构将TBM测试模块1连接到所述真空室7，且用于支撑所述导向机构及所述驱动机构。所述导向机构连接于所述支撑机构，其用于为所述TBM测试模块的移动提供导向。所述模块支撑柱26的一端收容于所述支撑机构且与所述TBM测试模块相连接，另一端穿过所述支撑机构后连接于所述驱动机构。所述密封波纹管3套设在所述模块支撑柱26上，且其两端分别连接于所述支撑机构及所述驱动机构。所述驱动机构通过转动以压缩所述密封波纹管3或者拉伸所述密封波纹管3，进而使所述TBM测试模块1沿所述模块支撑柱26的轴向移动。

所述TBM测试模块1为中空立方体盒状结构，其是由低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)制成的。所述TBM测试模块1收容于所述模块真空腔体22，且其一侧可通过轴向移动深入所述真空室7。所述TBM测试模块1包括第一壁11，所述真空室7内设置有等离子体区8，所述等离子体区8与所述第一壁11相对设置。

所述模块真空腔体22的一端通过所述连接法兰21紧固在所述真空室7上，另一端连接于所述第一法兰23。本实施方式中，所述连接法兰21与所述真空室7之间、所述连接法兰21与所述模块真空腔体22之间、所述模块真空腔体22与所述第一法兰23之间均设置有铟圈以实现真空硬密封。所述模块真空腔体22形成有腔室，所述腔室用于收容所述TBM测试模块1及所述模块支撑柱26，且所述TBM测试模块1及所述模块支撑柱26可在所述腔室内移动。

所述密封波纹管3的一端连接于所述第一法兰23，另一端连接于所述支撑板24，且接触处均使用法兰橡胶圈进行密封。

本实施方式中，所述支撑杆安装座62的数量为六个，六个所述支撑杆安装座62间隔固定在所述第一法兰23上，且其与所述模块真空腔体22分别位于所述第一法兰23相背的两侧；可以理解，在其他实施方式中，所述支撑杆安装座62的数量可以根据实际需要增加或者减少。

本实施方式中，所述安装套63的数量与所述支撑杆安装座62的数量相同，六个所述安装套63设置在所述支撑板24的通孔内，且六个所述安装套63的位置分别与六个所述支撑杆安装座62的位置相对应。所述安装套63用于收容所述支撑杆61。

本实施方式中，所述支撑杆61的数量为六个，六个所述支撑杆61的长度不相同，且六个所述支撑杆61中长度最大的两个的一端分别连接于所述支撑杆安装座62，另一端分别穿过所述安装套63后收容于所述安装板43的安装孔内且设置有轴套44；长度较大的两个所述支撑杆61位于另外四个所述支撑杆61之间，长度较短的四个所述支撑61的一端分别连接于所述支撑杆安装座62，另一端分别穿过所述安装套63。所述支撑杆61用于为所述支撑板24、所述模块支撑柱26及所述TBM测试模块1的移动提供导向。

所述模块支撑柱26为中空结构，其一端通过所述第二法兰27连接于所述TBM测试模块1，另一端穿过所述密封波纹管3后焊接在所述支撑板24上。本实施方式中，所述波纹管3、所述模块真空腔体22及所述真空室7相连通以形成贯通的真空内腔，所述TBM测试模块处于所述真空内腔中。

所述引线盒25固定在所述支撑板24上，其与所述模块支撑柱26分别位于所述支撑板24相背的两侧。所述引线盒25与所述模块支撑柱26相对设置，所述TBM测试模块1的测试信号经所述模块支撑柱26引出到所述引线盒25，并经所述引线盒25穿真空引出。

所述丝杠安装座42连接于所述支撑板24。所述丝杠安装座42内设置有球轴承46，且设置有锁紧螺母45。所述丝杠螺母47固定在所述安装板43上，其与所述丝杠41螺纹连接。所述丝杠41的一端连接于所述丝杠安装座42，另一端穿过所述丝杠螺母45后连接于所述转动手轮5。所述转动手轮5通过转动以带动所述丝杠41转动，所述丝杠41沿其自身轴向移动并带动间接连接于其上的所述模块支撑柱26移动，进而所述模块支撑柱26带动所述TBM测试模块1移动。当所述TBM测试模块1朝向所述真空室7移动时，所述密封波纹管3被压缩；当所述TBM测试模块1朝远离所述真空室7的方向移动时，所述密封波纹管3被拉伸。所述限位螺钉9设置在所述模块真空腔体22内，其用于标定所述TBM测试模块1轴向移动行程的起始位置。本实施方式中，所述转动手轮5可以由人手动驱动，当然，所述转动手轮5也可以由驱动器驱动，如电机。

本发明提供的用于聚变堆TBM测试模块安装的真空室接口结构，其通过模块真空腔体与真空室快速安装与密封；所述真空室接口结构通过驱动机构与模块支撑柱相配合实现TBM测试模块的移动与定位，同时，支撑机构可承载真空室接口结构本身自重与托卡马克实验载荷，并为TBM测试模块等离子体破裂载荷测量实验提供了平台，满足了相关测试实验对TBM测试模块位置调整的要求，结构简单，加工调试方便，易于装配，成本较低，灵活性较高，有利于推广应用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述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之内。