一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头的制作方法

本发明涉及核聚变堆产氚包层模块设计技术，具体涉及一种固态产氚包层屏蔽块中高温管道与低温法兰接触处的密封接头。

背景技术：

国际热核聚变实验反应堆(iter)是用来验证聚变能源科学技术可行性的一个国际合作研究计划项目。iter装置的一个重要功能就是测试产氚包层实验模块。屏蔽块为产氚包层后侧部件，用于降低中子辐照对真空室外侧线圈等的影响，承载连接产氚包层与辅助系统的多根管道，以及承担部分真空边界。

屏蔽块内部的管道中，共有5根用于冷却氦气、提氚气体的导入和导出，温度高达300～500℃，而屏蔽块内部的冷却剂为iter装置提供的低温冷却水(～70℃)，为减少冷却水对管道的影响，管道采用双层结构，内外管之间为真空。由于屏蔽块法兰为真空边界，管道在法兰处必须进行密封，当高温的内管道与外部法兰直接接触会产生很大的热应力，引起结构的塑性变形，因此需要改进此处结构以降低热应力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头，固态产氚包层模块屏蔽块中高温管道与低温法兰接触处存在的热应力问题。

本发明的技术方案如下：

一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头，包括外管、内管和凸台，所述的内管和外管同轴，所述的外管的外侧沿着周向加工圆环状的凸台，内管和外管的底部连接处设有汇集管接头。

在上述的一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头中，在所述内管、外管底部的连接部分内侧，加工有内倒角；在所述内管、外管底部的连接部分外侧，加工有外倒角。

在上述的一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头中，所述的内倒角半径为3～4mm，外倒角半径为5～6mm。

在上述的一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头中，所述的凸台宽度a为60～80mm，凸台厚度h为10～20mm。

在上述的一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头中，所述的内侧外管宽度a1为10～20mm，内侧内管较外管延伸宽度a4为10～15mm。

在上述的一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头中，所述的外侧延伸部分宽度a2为100～200mm，内外管连接部分宽度a3为20～25mm

在上述的一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头中，所述的内管或者外管的管壁厚为5～10mm。

本发明的显著效果在于：从固态产氚包层屏蔽块内部穿过的管道中，部分管道用于冷却剂和提氚气体的传导，管道壁面温度比法兰要高很多，在法兰密封处将采用此种结构以缓解高温度梯度造成的热应力。

该结构采用双层管道，内管通有高温气体，内外管之间为真空环境，与真空室内部相连，内外管在法兰外侧相连接，合成为单管，与外部辅助系统的冷却剂和提氚气体管道相连，内管与外管在法兰外侧进行连接，大大降低了温度梯度；

该结构外侧有一定厚度的凸台，用于直接与法兰壁面上的圆形通孔进行对接焊；

该结构内外管接触位置采用一定的弧形倒角进行过度，以避免热应力集中。

本装置降低了温度梯度，缓解了局部应力集中，将热应力值降到法国核电相关标准以下，且结构相对简单。

附图说明

图1a为固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头位置示意图；

图1b为图1a的侧视图；

图2为固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头结构示意图；

图3为固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头剖面图；

图中：1.外管；2.内管；3.凸台；4.汇集管接头；5.屏蔽块法兰；6.固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头(以下简称接头)。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明中的固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头6布置于屏蔽块法兰5上，每个接头6连接不同的管道。

如图2和图3所示，接头6包括外管1、内管2、凸台3和汇集管接头4。

其中，内管2和外管1同轴，内管2和外管1的底部、两者之间安装汇集管接头4，同时在外管1的外侧沿着周向加工圆环状的凸台3。

内管2、外管1可一体化加工。

在安装时，通过安凸台3将接头6安装在屏蔽块法兰5的指定位置上。

在内管2、外管1底部的连接部分内侧，加工有内倒角8；

在内管2、外管1底部的连接部分外侧，加工有外倒角9。

下面结合图3来进一步描述接头6的结构尺寸。

图中的标号含义如下：

凸台宽度a(凸台3外侧沿着外管1或者内管2轴向的尺寸)；

凸台厚度h(凸台3外侧面与外管1侧面的垂直距离)；

外管壁厚hout；

内管壁厚hin；

内侧外管宽度a1(图3中凸台3的左端面到外管1左端面的距离)；

外侧延伸部分宽度a2(图3中凸台3的右端面到外管1右端面的距离)；

内外管连接部分宽度a3(图3中外管1与内管2连接部分左端面到右端面的距离)；

内侧内管较外管延伸宽度a4(图3中外管1左端面到内管2左端面的距离)；

其中凸台宽度a与屏蔽块法兰5尺寸相配，a为60～80mm，凸台厚度h为10～20mm；

由于双层管内、内外管之间均为真空环境，壁厚hout以及hin为5～10mm，以确保真空边界的可靠性；

内侧外管宽度a1为10～20mm，内侧内管较外管延伸宽度a4为10～15mm，以便于内管焊接；

外侧延伸部分宽度a2为100～200mm，内外管连接部分宽度a3为20～25mm，以缓解连接部分的热应力；

为了进一步降低内管2、外管1连接部分的热应力，在管底部连接部分的内侧、外侧均增加了弧形倒角，内侧倒角半径为3～4mm，外侧倒角半径为5～6mm。

技术特征：

技术总结
本发明涉及核聚变堆产氚包层模块设计技术，具体公开了一种固态产氚包层模块屏蔽块高温管道密封接头，包括外管、内管和凸台，所述的内管和外管同轴，所述的外管的外侧沿着周向加工圆环状的凸台，内管和外管的底部连接处设有汇集管接头。采用双层管道，内管通有高温气体，内外管之间为真空环境，与真空室内部相连，内外管在法兰外侧相连接，合成为单管，与外部辅助系统的冷却剂和提氚气体管道相连，内管与外管在法兰外侧进行连接，大大降低了温度梯度。本装置降低了温度梯度，缓解了局部应力集中，将热应力值降到法国核电相关标准以下，且结构相对简单。

技术研发人员：武兴华;王晓宇;李昕泽;王小勇;胡志强;秦超;冯开明
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院
技术研发日：2016.12.26
技术公布日：2018.07.03