分层水冷式辉光放电电极的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请属于放电电极，具体涉及一种分层水冷式辉光放电电极。
技术背景
[0002]辉光放电清洗是国际热核聚变试验堆装置(ITER)真空室系统器壁处理的重要手段之一。其原理是利用能量粒子轰击器壁表面，去除表面氧、碳、氢及其同位素，降低杂质浓度和燃料再循环，为获得高性能等离子体放电提供良好的器壁条件。辉光放电电极位于真空室内，在辉光放电清洗期间，电极作为放电阳极，对装置器壁进行240°C的热壁清洗，用240°C的冷却水冷却沉积在电极表面的热量；在装置等离子体放电期间，作为屏蔽作用的电极将面对氘氚等离子体，遭受等离子体辐射和中子辐照，需用100°C冷却水将由此产生的热沉积功率排除。中子在材料中是体吸收，意味着电极中热沉积功率密度沿着电极表面的法向深度而衰减的。为了避免中子沉积热在电极内部堆积，必须合理布局冷却水道，有效降低电极内部热应力，提高工程可行性和安全可靠性。受装置运行的限制，在辉光放电期间，电极采用装置烘烤加热水进行冷却，导致冷却水的进出口的有效压力降和安全出口温度受到限制，电极冷却水道的设计成为电极设计的关键技术之一。
【发明内容】
[0003]本申请针对现有技术的缺陷，提供一种分层水冷式辉光放电电极。
[0004]本申请是这样实现的:一种分层水冷式辉光放电电极，其特征在于:该电极由电极头、电极杆、固定法兰构成，其中，电极头设置在电极杆的端部，固定法兰设置在电极杆的另一端;
[0005]电极杆包括中空的两个通道，该两个通道为电极杆的水冷结构；
[0006]电极头中设置若干密封的孔道，这些孔道首尾顺接形成四层流道，其中远离电极杆的为第一层流道，该流道为双蛇形流道，
[0007]冷却液体从外部通过电极杆水冷结构的输入端进入电极，然后冷却液体依次通过四层流道后再经过水冷结构排出电极杆，
[0008]电极杆通过固定法兰与外部屏蔽块相连。
[0009]如上所述的一种分层水冷式辉光放电电极，其中，在固定法兰与外部屏蔽块之间还包括电极陶瓷绝缘件。
[0010]如上所述的一种分层水冷式辉光放电电极，其中，第二层、第三层、第四层流道直径为20mm，第二层流道与第一层流道的中心间距为29mm，第二层流道与第三层流道的中心间距为40mm ;第三层流道与第四层流道的中心间距为50mm。
[0011]本申请的效果是:通过采用本申请的分层水冷式辉光放电电极，在有限的冷却水参数下排除辉光放电沉积在电极上的热负载；同时，在氘氚等离子体放电期间，能有效排除等离子体辐射热和中子辐照热，避免中子热沉积在电极体内产生的局部热量积累，有效降低电极的热应力，满足ITER装置的要求。
【附图说明】
[0012]图1为本申请提供的电极体内部流道和电极杆流道示意图；
[0013]图2为本申请所提供的第一层流道示意图。
[0014]图中:1_电极体内部第二层流道；2_电极体内部第三层流道；3_电极体内部第四层流道；4_电极杆流道；5_电极固定法兰；6_电极陶瓷绝缘件；7_屏蔽块；8_电极头；9_电极杆；10-电极头部直接面对等离子体一侧；11-第一层流道入口 ；12_第一层流道出口 ；13-第一层流道边界；14_第一层双蛇形流道。
具体实施例
[0015]下面结合附图和具体实例对本申请做进一步说明:
[0016]如附图1和附图2所示，本申请所提供的分层水冷式辉光放电电极由电极头8、电极杆9、电极固定法兰5构成，电极头的冷却水道分为一、二、三、四层，近等离子体的第一层采用双蛇形流道14。电极杆9内设计有水冷结构4，水冷结构4为电极杆9中间开的通孔。整个电极通过固定法兰5和陶瓷绝缘件6与外部屏蔽块7相连。冷却水先由电极杆流道4进口流入，然后经过电极头8进入第一层流道入口 11，之后分为两条蛇形流道14，紧接着在第一层流道出口 12汇集后进入第二层流道1，最后经过电极体内部第三层流道2、第四层流道3后从电极杆9出口流出，完成电极流道循环过程。
[0017]如图1所示，第一层流道与其它流道1、2、3将形成一个空间分布的多层流道，设计此流道的尺寸和空间布局经过有限元流固-耦合分析，满足辉光放电清洗和等离子体运行期间的冷却、冷却水温度、压力降、结构完整性、系统安全性和可靠性的要求。
[0018]如图2所示，经过综合考虑电极强度以及冷却能力在第一层冷却水道选用双蛇形并联流道14，有效提高第一层冷却效率，降低流道压力降，匹配第二、三、四层流道的流阻。
[0019]本申请采用5mm厚的316L(N)-1G钢板拼焊在第一层双蛇形流道14筋板上形成流道，在满足结构强度与保证换热效果上找到了平衡点。
[0020]分层水冷式流道的第二层流道1、第三层流道2、第四层流道3直径为20mm，其第一层流道14与第二层流道I的中心间距为29mm ;第二层流道2与第三层流道3的中心间距为40mm ;第三层流道3与第四层流道4的中心间距为50mm。此分层水冷式辉光放电电极能在ITER聚变装置开展实验期间带走中子热沉积所产生的体积热，使整个电极体不会出现局部高温。
[0021]本申请不限于上述实施例，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。本申请中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
【主权项】
1.一种分层水冷式辉光放电电极,其特征在于:该电极由电极头(8)、电极杆(9)、固定法兰(5)构成，其中，电极头(8)设置在电极杆(9)的端部，固定法兰(5)设置在电极杆(9)的另一端； 电极杆(9)包括中空的两个通道，该两个通道为电极杆(9)的水冷结构(4)； 电极头(8)中设置若干密封的孔道，这些孔道首尾顺接形成四层流道，其中远离电极杆(9)的为第一层流道,该流道为双蛇形流道(14), 冷却液体从外部通过电极杆(9)水冷结构(4)的输入端进入电极，然后冷却液体依次通过四层流道后再经过水冷结构(4)排出电极杆(9)， 电极杆(9 )通过固定法兰(5 )与外部屏蔽块(7 )相连。
2.根据权利要求1所述的一种分层水冷式辉光放电电极，其特征在于:在固定法兰(5)与外部屏蔽块(7)之间还包括电极陶瓷绝缘件(6)。
3.根据权利要求1所述的一种分层水冷式辉光放电电极，其特征在于:采用5mm厚的316L(N)-1G钢板拼焊在第一层双蛇形流道(14)筋板上形成流道，第二层、第三层、第四层流道直径为20mm，第二层流道与第一层流道的中心间距为29mm，第二层流道与第三层流道的中心间距为40mm ;第三层流道与第四层流道的中心间距为50mm。
【专利摘要】本申请属于放电电极，具体涉及一种分层水冷式辉光放电电极。一种分层水冷式辉光放电电极，其特征在于：该电极由电极头、电极杆、固定法兰构成，其中，电极头设置在电极杆的端部，固定法兰设置在电极杆的另一端。本申请的效果是：通过采用本申请的分层水冷式辉光放电电极，在有限的冷却水参数下排除辉光放电沉积在电极上的热负载；同时，在氘氚等离子体放电期间，能有效排除等离子体辐射热和中子辐照热，避免中子热沉积在电极体内产生的局部热量积累，有效降低电极的热应力，满足ITER装置的要求。
【IPC分类】G21B1-25, H01J1-42
【公开号】CN104637755
【申请号】CN201310573223
【发明人】林涛, 蔡立君, 王明旭, 王英翘, 徐红兵, 卢勇, 韩伟
【申请人】核工业西南物理研究院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月15日