专利名称：一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置及清洗方法
技术领域：
本发明属于除尘技术领域，具体涉及一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置及清洗方法。
背景技术：
托卡马克装置是利用磁场约束氘氚或者氘氘等离子体发生聚变反应产生热量转化为电能的装置。在聚变反应过程中一些逃逸磁场约束的等离子体与托卡马克装置的第一壁发生碰撞、溅射、侵蚀等相互作用，引起壁表面的剥落、溅射或者吸附杂质离子等形成尘埃或者共沉积层即托卡马克灰尘。这些尘埃和沉积层形成的杂质破坏聚变反应运行的稳定性。因此托卡马克灰尘需要定期的清洗除尘，目前主要采用辉光放电、电子回旋共振和离子回旋共振方法进行清洗。但是影响清洗的限制条件过多又极为严格，而且需要高压充氧，又会形成新的杂质从而影响除尘效果。在文献王志文等.HL-IM装置氦辉光放电清洗的实验研究.真空和低温.2002. 8( 中采用辉光放电清洗的方法，其方法存在的限制条件与问题有(1)首先，辉光期间，抽除率需控制在一定范围，否则因前级压力升高而抽除率下降， 进而使分子泵返流而造成清洗失败；( 启动辉光时，使用电源的高限流档防止拉弧，当气压高于2 时，辉光将沿着偏滤器喉部区域穿进偏滤器室内演变成强烈的不可控的寄生放电，危及到多极场线圈的安全。(3)阴极产生的等离子体增加回路电流，降低启辉电压，阳极与罩的距离应保证阳极处于负辉光区与阴极暗区之间，否则辉光的稳定条件遭破坏而无法正常工作。(4)阳极面积不能太小，辉光无法正常工作。(5)真空壁的尖角处电场强度最强，它常常诱发局部大电流密度而导致局部闪烁弧，同时壁遭受污染时，也会出现大面积稳态闪烁弧。另一文献胡建生.氧化壁处理技术及其对碳氢共沉积层清除机制的研究.中科院博士论文集.2008中记载采用烘烤和离子回旋共振氧化壁处理方法，该方法是一种清除再沉积层和释放氢的有效方法，但在氧化壁处理过程中氧的滞留将不可避免地产生对装置的污染并有可能损害装置内部部件。尤其是在氧化壁处理过程中将有部分氧将与装置内金属材料发生氧化反应，并生成难以被清除的金属氧化物，形成相对持久的氧污染，并将缓慢影响等离子体放电。在托卡马克装置中的磁场对辉光放电和离子回旋共振氧化壁处理这两方法有很大的影响，这两种方法除尘所需的条件仍在探索当中。因此在现有的托卡马克灰尘清除技术基础上还要寻找更好的除尘技术和方法，满足托卡马克装置运行的稳定性， 这对人类早日实现聚变能发电具有重大意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置及清洗方法。该清洗装置利用兆声波的机械作用和空化作用，尤其是利用兆声波的机械作用， 使吸附在托卡马克装置内衬上的托卡马克灰尘在共振的作用下脱离出来，托卡马克灰尘尘粒凝聚成的微粒团在干泵的抽气下从托卡马克装置的真空室内壁分离出来，从而达到除尘的目的。该方法不受磁场、高压充氧、湿度等环境的影响以及清洗领域广且无死角，具有体
4积小、结构简单、成本低、除尘效率高、运行可靠、易于维修等优点。同时超声波在清洗过程中还可以除湿、表面抛光处理、金属焊接等作用。本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，包括兆声波发生器、压电换能器和抽气泵。所述的兆声波发生器的频率为0. 8 1. 0MHz，满足托卡马克装置中器壁上微米级的托卡马克灰尘。所述的压电换能器配有振动连接杆，通过振动连接杆与托卡马克装置的真空室内常出现灰尘的左限制器、右限制器和底部偏滤器的位置相连接，所述的压电换能器通过导线与兆声波发生器相连接，托卡马克装置的真空室的底部偏滤器上设置有抽气口，抽气口与抽气泵连接。所述的托卡马克装置的真空室内分布有左限制器和右限制器，其中左限制器和右限制器分布在真空室的中心横截面左侧和右侧相对的两处，且左限制器和右限制器之间的连线穿过真空室的几何中心。真空室顶部和底部环绕有顶部偏滤器和底部偏滤器，均为环绕一周的圆形槽，托卡马克灰尘主要集中在底部偏滤器。所述的兆声波发生器和压电换能器均优选的均设置为4个，分别为兆声波发生器 Α、兆声波发生器B、兆声波发生器C、兆声波发生器D、压电换能器Α、压电换能器B、压电换能器C和压电换能器D，其中压电换能器A和压电换能器B对称地分布在左限制器和右限制器所对的真空室的侧壁外。压电换能器A和压电换能器B通过导线与兆声波发生器A和兆声波发生器B相连，压电换能器A和压电换能器B的振动连接杆穿透真空室的侧壁分别与左限制器和右限制器相连接。压电换能器Α、和压电换能器B距离地面的高度相同，压电换能器A和压电换能器B处于真空室中心横截面上的同一直线AB上，直线AB穿过真空室的几何中心。兆声波发生器A和兆声波发生器B可以不在直线AB上。所述的压电换能器C和压电换能器D对称的相对的分布在底部偏滤器所背对的真空室的侧壁外，压电换能器C和压电换能器D距离地面的高度相等，均处于底部偏滤器所在的平面上，压电换能器C和压电换能器D通过导线分别与兆声波发生器C和兆声波发生器D相连，压电换能器C和压电换能器D的振动连接杆不穿透底部偏滤器，分别与底部偏滤器的背面相连接，并保证压电换能器A和压电换能器B所在的直线AB与压电换能器C和压电换能器D所在的直线CD相互垂直。所述的抽气泵通过抽气口与托卡马克装置底部偏滤器连接，抽气泵避免与压电换能器C和压电换能器D在同一位置上，抽气口优选设置在与直线AB和直线⑶的夹角均为 45°的底部偏滤器的壁上。抽气口可以设置2或4个，优选设置2个抽气口并相对设置，相对的两个抽气口的所在的直线EF或直线GH与直线AB和直线CD的夹角均为45° ；当设置4个时，设置的位置是Ε、F、G、H点，相对的两个抽气口的所在的直线EF和直线GH与直线AB和直线⑶的夹角均为45° ；每个抽气口均连接有1个抽气泵。所述的兆声波发生器上还可以优选的设置有循环工作时间控制器，控制兆声波发生器的工作时间间隔和开启时间间隔，通过导线连接在电源和兆声波发生器之间。本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置的清洗方法，具体包括以下几个步骤步骤一确定托卡马克装置真空室内灰尘的集中分布位置，设计兆声波发生器、压电换能器和抽气泵的分布位置并确定数量。步骤二 将压电换能器用振动连接杆与托卡马克装置真空室内灰尘集中分布的位置相连接，用导线连接兆声波发生器和压电换能器。步骤三在托卡马克装置的底部偏滤器壁上选择合理位置设置抽气口，抽气口不能与进料口处于相同位置，两者之间的距离为Im以上，抽气口通过通风管与抽气泵连接。步骤四设置托卡马克灰尘兆声波清洗装置的循环工作时间，设定启动时间间隔 (60 120分钟)和循环工作时间(5 10分钟)。开启托卡马克灰尘兆声波清洗装置中的压电换能器和兆声波发生器进行除尘，同时开启抽气泵，及时排除灰尘。步骤五完成工作时间(5 10分钟)后关闭即兆声波发生器和压电换能器，关闭兆声波发生器30 45分钟后关闭抽气泵。步骤六在关闭抽气泵后，兆声波清洗装置根据设定的循环工作时间，自动运行循环清洗过程。本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，具有以下优点1、本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，可以在强磁场下进行，工作时不需要高压充氧烘烤氧化处理内壁，不受工作环境条件的影响。2、本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，利用兆声波清除灰尘不受真空室湿度的影响，适宜的湿度更有利于兆声波清洗。3、本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，兆声波清除灰尘的范围广且没有死角，清灰效率高且对第一壁材料没有损伤。4、本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，设备结构简单、安装方便、使用维护简便，降低了运行成本。
图1 本发明提出的托卡马克灰尘兆声波清洗装置的结构示意图；图2 托卡马克装置的主视结构图；图3 本发明中压电换能器和抽气口设置的位置关系空间结构图。图4 本发明中设置在偏滤器中的压电换能器、和抽气口设置的位置关系平面图；图中1-真空室；2-右限制器； 3-左限制器； 4-底部偏滤器；5-顶部偏滤器；6-中心螺管； 7-中心横截面；8-兆声波发生器；9-压电换能器； 10-振动连接杆；11-抽气泵；12-抽气口；901-压电换能器A ； 902-压电换能器B ;903_压电换能器C;904-压电换能器D。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，如图1所示，包括兆声波发生器8、压电换能器9和抽气泵11。所述的兆声波发生器8的频率为0. 8 1. 0MHz，满足托卡马克装置中器壁上微米级的托卡马克灰尘。所述的压电换能器9配有振动连接杆10，通过振动连接杆10与托卡马克装置的真空室1内常出现灰尘的左限制器3、右限制器2和底部偏滤器4的位置相连接，所述的压电换能器9通过导线与兆声波发生器8相连接，托卡马克装置的真空室1的底部偏滤器4上设置有抽气口 12，抽气口 12与抽气泵11连接。
所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置可以根据托卡马克灰尘的具体情况设置，托卡马克灰尘通常集中在托卡马克装置真空室1内侧壁的限制器和底部偏滤器4以及一些窗口和管口的内衬上。所述的兆声波发生器8、压电换能器9可以根据灰尘分布的具体情况设置1 8个，抽气泵11可以设置2或者4个。所述的托卡马克装置的真空室1内分布有左限制器3和右限制器2，中心具有中心螺管6，如图2所示，其中左限制器3和右限制器2分布在真空室1的中心横截面7左侧和右侧相对的两处，且左限制器3和右限制器2之间的连线穿过真空室1的几何中心。真空室1顶部和底部环绕有顶部偏滤器5和底部偏滤器4，均为环绕一周的圆形槽，托卡马克灰尘主要集中在底部偏滤器4。如图3和图4所示，所述的兆声波发生器8和压电换能器9均优选的均设置为4 个，分别为兆声波发生器A、兆声波发生器B、兆声波发生器C、兆声波发生器D、压电换能器 A901、压电换能器B902、压电换能器C903和压电换能器D904，其中压电换能器A901和压电换能器B902对称地分布在左限制器3和右限制器2所对的真空室1的侧壁外。压电换能器A901和压电换能器B902通过导线与兆声波发生器A和兆声波发生器B相连，压电换能器A901和压电换能器B902的振动连接杆10穿透真空室1的侧壁分别与左限制器3和右限制器2相连接。压电换能器A901、和压电换能器B902距离地面的高度相同，压电换能器 A901和压电换能器B902处于真空室1中心横截面7上的直线AB上，直线AB穿过真空室1 的几何中心。兆声波发生器A和兆声波发生器B可以不在直线AB上。所述的压电换能器 C903和压电换能器D904对称的相对的分布在底部偏滤器4所背对的真空室1的侧壁外， 压电换能器C903和压电换能器D904距离地面的高度相等，均处于底部偏滤器4所在的平面上的直线⑶上，压电换能器C903和压电换能器D904通过导线分别与兆声波发生器C和兆声波发生器D相连，压电换能器C903和压电换能器D904的振动连接杆10不穿透底部偏滤器4，分别与底部偏滤器4的背面相连接，并保证压电换能器A901和压电换能器B902所在的直线AB与压电换能器C903和压电换能器D904所在的直线⑶相互垂直。所述的抽气泵11通过抽气口 12与托卡马克装置底部偏滤器4连接，抽气泵11并避免与压电换能器C903和压电换能器D904在同一位置上，抽气口 12优选设置在与直线AB 和直线⑶的夹角均为45°的底部偏滤器4的壁上。抽气口 12可以设置为2个或4个，优选设置2个相对设置的抽气口 12，相对的两个抽气口 12的所在的直线EF或GH与直线AB 和直线⑶的夹角均为45° ；优选设置4个相对设置的抽气口 12，相对的两个抽气口 12的所在的直线EF和直线GH与直线AB和直线⑶的夹角均为45°，每个抽气口 12均连接有1 个抽气泵11。所述的兆声波发生器8上还可以优选的设置有循环工作时间控制器，控制兆声波发生器8的工作时间间隔和开启时间间隔，通过导线连接在电源和兆声波发生器8之间。所述的托卡马克装置的型号优选为EAST装置和HT-7装置。本发明提出的一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置的清洗方法，具体包括以下几个步骤步骤一确定托卡马克装置真空室1内灰尘的集中分布位置，设计兆声波发生器 8、压电换能器9和抽气泵11的分布位置并确定数量。步骤二 将压电换能器9用振动连接杆10与托卡马克装置真空室1内灰尘集中分布的位置相连接，用导线连接兆声波发生器8和压电换能器9。步骤三在托卡马克装置的底部偏滤器4壁上选择合理位置设置抽气口 12，抽气口 12不能与进料口处于相同位置，两者之间的距离为Im以上，抽气口 12通过通风管与抽气泵11连接。步骤四设置托卡马克灰尘兆声波清洗装置的循环工作时间，设定启动时间间隔 (60 120分钟)和循环工作时间(5 10分钟)。开启托卡马克灰尘兆声波清洗装置中的压电换能器9和兆声波发生器8进行除尘，同时开启抽气泵11，及时排除灰尘。步骤五完成工作时间(5 10分钟)后关闭即兆声波发生器8和压电换能器9， 关闭兆声波发生器8后的30 45分钟后关闭抽气泵11。步骤六在关闭抽气泵11后，兆声波清洗装置根据设定的循环工作时间，自动运行循环清洗过程。
权利要求
1.一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于包括兆声波发生器、压电换能器和抽气泵；所述的压电换能器配有振动连接杆，通过振动连接杆与托卡马克装置的真空室内出现灰尘的左限制器、右限制器和底部偏滤器的位置相连接，所述的压电换能器通过导线与兆声波发生器相连接，托卡马克装置的真空室的底部偏滤器上设置有抽气口，抽气口通过通风管与抽气泵连接。
2.根据权利要求1所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的兆声波发生器、压电换能器均为1 8个，抽气泵为2个或4个。
3.根据权利要求1所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的托卡马克装置的真空室内分布有左限制器和右限制器，真空室顶部和底部环绕有顶部偏滤器和底部偏滤器，为环绕一周的圆形槽。
4.根据权利要求1所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的兆声波发生器上设置有循环工作时间控制器，通过导线连接在电源和兆声波发生器之间。
5.根据权利要求1所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的托卡马克装置的型号为EAST装置和HT-7装置。
6.根据权利要求1所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的兆声波发生器的频率为0. 8 1. OMHz0
7.根据权利要求1所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的兆声波发生器和压电换能器均为4个，分别为兆声波发生器A、兆声波发生器B、兆声波发生器C、兆声波发生器D、压电换能器A、压电换能器B、压电换能器C和压电换能器D，其中压电换能器 A和压电换能器B对称地分布在左限制器和右限制器所对的真空室壁外，压电换能器A和压电换能器B通过导线与兆声波发生器A和兆声波发生器B相连，压电换能器A和压电换能器B的振动连接杆穿透真空室的侧壁分别与左限制器和右限制器相连接，所述的压电换能器C和压电换能器D对称的相对的分布在底部偏滤器所背对的真空室的侧壁外，压电换能器C和压电换能器D通过导线分别与兆声波发生器C和兆声波发生器D相连，压电换能器 C和压电换能器D的振动连接杆不穿透底部偏滤器，分别与底部偏滤器的背面相连接；所述的抽气泵通过抽气口与托卡马克装置底部偏滤器连接。
8.根据权利要求7所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的压电换能器A和压电换能器B距离地面的高度相同，压电换能器A和压电换能器B处于真空室中心横截面上穿过真空室的几何中心的直线AB上；压电换能器C和压电换能器D距离地面的高度相等，均处于底部偏滤器所在的平面上的直线CD上，电换能器A和压电换能器B所在的直线AB与压电换能器C和压电换能器D所在的直线CD相互垂直。
9.根据权利要求7所述的托卡马克灰尘兆声波清洗装置，其特征在于所述的抽气口设置在与直线AB和直线⑶的夹角均为45°的底部偏滤器的壁上；抽气口设置为2个或4 个，每个抽气口均连接有1个抽气泵。
10.一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置的清洗方法，其特征在于包括以下几个步骤步骤一确定托卡马克装置真空室内灰尘的集中分布位置，设计兆声波发生器、压电换能器和抽气泵的分布位置并确定数量；步骤二 将压电换能器用振动连接杆与托卡马克装置真空室内灰尘集中分布的位置相连接，用导线连接兆声波发生器和压电换能器；步骤三在托卡马克装置的底部偏滤器壁上选择合理位置设置抽气口，抽气口不能与进料口处于相同位置，两者之间的距离为Im以上，抽气口通过通风管与抽气泵连接；步骤四设置托卡马克灰尘兆声波清洗装置的循环工作时间，设定启动时间间隔和循环工作时间；开启托卡马克灰尘兆声波清洗装置中的压电换能器和兆声波发生器进行除尘，同时开启抽气泵，及时排除灰尘；步骤五完成设定的工作时间后关闭即兆声波发生器和压电换能器，关闭后30 45分钟后关闭抽气泵；步骤六在关闭抽气泵后，兆声波清洗装置根据设定的循环工作时间，自动运行循环清洗过程。
全文摘要
本发明提出一种托卡马克灰尘兆声波清洗装置及清洗方法。托卡马克灰尘兆声波清洗装置包括兆声波发生器、压电换能器和抽气泵。该清洗装置利用兆声波的机械作用和空化作用，尤其是利用兆声波的机械作用，使吸附在托卡马克装置内衬上的托卡马克灰尘在共振的作用下脱离出来，托卡马克灰尘尘粒凝聚成的微粒团在干泵的抽气下从托卡马克装置的真空室内壁分离出来，从而达到除尘的目的。该方法不受磁场、高压充氧、湿度等环境的影响以及清洗领域广且无死角，具有体积小、结构简单、成本低、除尘效率高、运行可靠、易于维修等优点。同时超声波在清洗过程中还可以除湿、表面抛光处理、金属焊接等作用。
文档编号H05H1/24GK102157207SQ201110023638
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者吕广宏, 张颖, 王波, 马玉田 申请人:北京航空航天大学