一种偏转磁体对中调节结构的制作方法

本发明属于磁约束聚变装置技术领域，具体涉及一种偏转磁体对中调节结构。

背景技术：

中性束注入(nbi)用以加热磁约束等离子体，是提高离子温度或者电子温度的最有效方法之一，同时nbi也用来驱动等离子体电流并且控制等离子体性能。包括离子源在内的中性束注入器是中性束加热系统的核心系统，主要包括：离子源，注入器真空室，置于真空室内部的中性化室，离子吞噬器，偏转磁体，束边缘刮削器，量热靶，高抽速真空泵等。主要完成等离子体产生，离子束引出和加速，离子束中性化，残留离子束偏转，中性束几何汇聚，中性束注入等物理过程。同时注入器还将具有束性能诊断，束功率测量，部件安全监测，高抽速真空运行等功能。用于偏转未中性化离子束的偏转磁体是中性束注入器不可缺少的核心部件之一，其功能是偏转约40％左右的未中性化离子，使得这些离子进入离子吞噬器。hl-2m装置nb注入器装备4套离子源，对应偏转磁体采用8饼线圈，上面4饼，下面4饼，每饼线圈39匝，铁芯采用dt4工业纯铁，两侧采用40mm的磁屏蔽板，以减小对其它设备的磁场干扰。单个线圈的铁轭高度为1050mm，宽度为100mm，深度为330mm，前后，左右，上下铁屏蔽罩厚度均为40mm。偏转磁体相对注入器真空室内其它的部件，重量近10吨，注入器真空室内必须放置磁体支撑结构，考虑注入器真空室真空形变，器件加工误差，安装误差等，需要支撑结构具有±10毫米范围的高度调节，水平方向约±5mm的调节范围，并且保证磁体与注入器磁体安装窗口实现高真空密封。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种偏转磁体对中调节结构，从而为hl-2m托卡马克装置的5mw-nbi加热束线核心部件—离子束偏转磁体设计的一种针对性很强的吊装、支撑、对中和真空密封结构。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种偏转磁体对中调节结构，适用于hl-2m托卡马克装置第1条5mw-nbi加热束线的大型偏转磁体，通过偏转磁体对中调节结构偏转系统设定比例的未中性化离子，使得这些离子进入离子吞噬器；包括以下部分：

(1)具有吊装导向功能和调节功能的支撑架，安装在注入器真空室内底板上，包括以下部分：

(1.1)根据安装窗口和偏转磁体理论位置，在注入器真空室内底板上焊接6块支撑架定位件，通过在6块支撑架定位件上设置的调节螺杆调节偏转磁体的水平位置，最大调节范围为10mm；

(1.2)在支撑架上设置6根通过螺纹调节高低的支撑杆，通过支撑杆调节偏转磁体的垂直位置，最大调节范围为20mm；每根支撑杆的支撑重量＞2吨；

(1.3)在支撑架上设置10根锲形导向条，用于偏转磁体吊装过程中的导向和限位，避免摆动引起的偏离支撑座；每根锲形导向条的抗水平剪切力＞10吨；

(2)具有间隙结构的吊装杆，偏转磁体在吊装过程中通过吊装杆中吊杆顶端与吊装法兰上紧贴；偏转磁体在支撑架上放置完成状态下通过吊装法兰与吊装杆之间的间隙，配合冷却水管，励磁导线真空管上的可伸缩波纹管，使得偏转磁体顶部的真空密封法兰与注入器真空室安装窗口之间实现高真空密封；具体包括：

(2.1)吊装杆包括上端的吊环和下端的吊杆，上端的吊环通过吊环法兰焊 接在偏转磁体法兰的上表面上；

(2.2)吊杆包括顶端和直段，直段是圆柱状结构，直段的底端焊接在偏转磁体上；吊杆的顶端包括上部的圆柱状结构和下部的倒锥台结构，倒锥台结构的上底面直径与上部的圆柱状结构的直径相同，下底面直径与直段的直径相同；吊杆的顶端通过吊杆法兰连接在偏转磁体法兰的下表面上；

吊杆法兰的内腔包括上部的圆柱状腔体和下部的倒锥台状腔体，圆柱状腔体的内径和吊杆顶端倒锥台结构的上底面直径相配合；倒锥台状腔体的上底面直径与上部的圆柱状腔体的直径相配合，倒锥台状腔体的下底面直径与吊杆直段的直径配合，倒锥台状腔体的锥面在吊装过程中作为吊装受力锥面；

圆柱状腔体的高度＝吊杆顶端圆柱状结构的高度+吊杆间隙；在吊杆法兰的圆柱状腔体侧壁开设直径为5～6mm的真空泄气孔，真空泄气孔与圆柱状腔体底端之间的距离大于吊杆顶端圆柱状结构的高度；

(3)在偏转磁体顶部设置磁体真空密封法兰，包括冷却水水管窗口法兰，热电偶引出窗口法兰，真空隔离励磁线导管窗口法兰，束诊断窗口法兰；

设置与磁体真空密封法兰配合的通孔，通孔的直径留有系统设定的调节间隙；

分别在真空隔离励磁线导管和冷却水水管上设置波纹管，波纹管的伸缩量根据吊杆间隙设定。

进一步的，如上所述的一种偏转磁体对中调节结构，吊杆间隙＝波纹管的伸缩量＝20mm。

本发明技术方案的有益效果在于：

nb注入器偏转磁体作为磁约束聚变实验装置以及未来聚变工程推nbi加热系统注入器内部必不可少的部件，用于偏转未中性化的离子束，使得中性束能 够顺利注入到磁约束聚变等离子体中，加热和驱动等离子体。

通过将研制的偏转磁体就位于hl-2m装置的第1条5mw-nbi加热束线的注入器真空室内，经过了真空检漏和30kg水压测试，测试结果满足设计要求。

hl-2m装置将发展3条5mw-nbi加热束线，偏转磁体支撑、对中调节及真空密封结构可以直接用于后面的两条nbi加热束线，为磁约束聚变实验研究提供条件。

附图说明

图1为偏转磁体对中调节结构与偏转磁体配合图；

图2为磁体支撑架结构主视图；

图3为磁体支撑架结构俯视图；

图4为磁体吊装杆及周边装置结构示意图。

图中：11—支撑架定位件，12—支撑杆，13—锲形导向条，4—偏转磁体，5—真空隔离励磁线导管，6—冷却水水管，7—吊杆，8—吊杆法兰，9—波纹管，10—真空泄气孔。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种偏转磁体对中调节结构，适用于hl-2m托卡马克装置第1条5mw-nbi加热束线的大型偏转磁体，通过偏转磁体对中调节结构偏转系统设定比例的未中性化离子，使得这些离子进入离子吞噬器。由于磁体重量约10吨，高度近4米，磁体在注入器真空室中的对中、安装和支撑需要根据注入器的整体几何布局，空间条件来设计一种特殊的结构，用于磁体的对中调节，支撑和真空密封，包括以下部分：

(1)具有如图2和图3所示的吊装导向功能和调节功能的支撑架，安装在 注入器真空室内底板上，包括以下部分：

(1.1)根据安装窗口和偏转磁体理论位置，在注入器真空室内底板上焊接6块支撑架定位件，通过在6块支撑架定位件上设置的调节螺杆调节偏转磁体的水平位置，最大调节范围为10mm；

(1.2)在支撑架上设置6根通过螺纹调节高低的支撑杆，通过支撑杆调节偏转磁体的垂直位置，最大调节范围为20mm；每根支撑杆的支撑重量＞2吨；

(1.3)在支撑架上设置10根锲形导向条，用于偏转磁体吊装过程中的导向和限位，避免摆动引起的偏离支撑座；每根锲形导向条的抗水平剪切力＞10吨；

(2)具有如图4所示的间隙结构的吊装杆，偏转磁体在吊装过程中通过吊装杆中吊杆顶端与吊装法兰上紧贴；偏转磁体在支撑架上放置完成状态下通过吊装法兰与吊装杆之间的间隙，配合冷却水管，励磁导线真空管上的可伸缩波纹管，使得偏转磁体顶部的真空密封法兰与注入器真空室安装窗口之间实现高真空密封；具体包括：

(2.1)吊装杆包括上端的吊环和下端的吊杆，上端的吊环通过吊环法兰焊接在偏转磁体法兰的上表面上；

(2.2)吊杆包括顶端和直段，直段是圆柱状结构，直段的底端焊接在偏转磁体上；吊杆的顶端包括上部的圆柱状结构和下部的倒锥台结构，倒锥台结构的上底面直径与上部的圆柱状结构的直径相同，下底面直径与直段的直径相同；吊杆的顶端通过吊杆法兰连接在偏转磁体法兰的下表面上；

吊杆法兰的内腔包括上部的圆柱状腔体和下部的倒锥台状腔体，圆柱状腔体的内径和吊杆顶端倒锥台结构的上底面直径相配合；倒锥台状腔体的上底面直径与上部的圆柱状腔体的直径相配合，倒锥台状腔体的下底面直径与吊杆直段的直径配合，倒锥台状腔体的锥面在吊装过程中作为吊装受力锥面；

圆柱状腔体的高度＝吊杆顶端圆柱状结构的高度+吊杆间隙；在吊杆法兰的圆柱状腔体侧壁开设直径为5～6mm的真空泄气孔，真空泄气孔与圆柱状腔体底端之间的距离大于吊杆顶端圆柱状结构的高度；

(3)在偏转磁体顶部设置磁体真空密封法兰，包括冷却水水管窗口法兰，热电偶引出窗口法兰，真空隔离励磁线导管窗口法兰，束诊断窗口法兰；

设置与磁体真空密封法兰配合的通孔，通孔的直径留有系统设定的调节间隙；

分别在真空隔离励磁线导管和冷却水水管上设置波纹管，波纹管的伸缩量根据吊杆间隙设定。

在本实施例中，吊杆间隙＝波纹管的伸缩量＝20mm。

为保证磁体的精确安装，首先将具有吊装导向功能和调节功能的支撑架调入真空室，按照几何计算位置首先初步定位，随后开始吊装偏转磁体主体。偏转磁体吊装直接采用吊装杆上的吊环，偏转磁体调入注入器真空室顶部磁体窗口后，在距离支撑底部250mm时进入锲形导向条，在锲形导向条的作用下继续下降，最后降落在支撑杆上。

偏转磁体降落在支撑杆后开始进入三个方向位移微调阶段。完成磁体水平方向和垂直方向调节后，开始进行真空密封法兰的密封工作，由于磁体真空密封法兰配合的通孔留有调节间隙，吊杆端部设计了20mm的间隙，分别在真空隔离励磁线导管和冷却水水管上设置伸缩量为20mm的波纹管，以满足高真空密封要求。