专利名称:特殊的超导托卡马克核聚变装置真空室的窗口颈管结构的制作方法
技术领域：
本发明属于一种超导托卡马克核聚变装置的部件，具体是一种特殊的超导托卡马克核聚变装置的水平窗口和垂直窗口的颈管结构。
背景技术：
超导托卡马克装置真空室是目前同类装置中结构设计和加工工艺都较为复杂的超高真空容器，是装置主机的“心脏”部件之一，是等离子体运行的直接场所，它涉及到电物理、等离子体物理、机械、真空和力学等学科，根据物理实验需求，真空室本体上开有很多的水平和上下垂直窗口，用于诊断、加热、抽气、充气、冷却等，这些窗口的一种共同特点就是窗口法兰端面离装置中心都很远，而真空室本体结构的运行温度为1008C，其窗口外颈管受到真空室系统的热应力的影响，容易发生吸热变形弯曲，从而导致一些诊断设备尤其是光学系统不能正常工作。
发明内容
本发明提出一种特殊的超导托卡马克核聚变装置真空室的窗口颈管结构，根据超导托卡马克装置的结构特点，充分考虑受力特点，采取具有二段间隔波纹管的颈管结构，使真空室及在运行时受热后既可有效吸收热变形，窗口颈管沿轴向依然保持直线性，从而保证了一些诊断设备特别是光学系统正常工作，不至于测量光路偏移等离子体。
本发明的技术方案如下特殊的超导托卡马克核聚变装置真空室的窗口颈管结构，包括有真空室壳体，真空室上有水平窗口和垂直窗口，所述水平窗口和垂直窗口上安装有颈管，其特征在于所述的颈管上有二段波纹管，二段波纹管之间有硬管。
每段波纹管10个波节，波纹管厚度为1mm，硬管长取200mm。
由于窗口颈管的长度比较长，而且它的刚度比真空室本体要小，这样真空室壳体与窗口颈管相贯处在大气压、电磁力、烘烤热应力等载荷作用下就会产生较大的弯曲应力，为了吸收热变形，减少真空室与颈管相贯处的应力，从结构设计考虑，在各个水平窗口和垂直窗口分别设有两段波纹管，并且在两段波纹管之间设有一段硬段颈管。这种结构一方面可以实现窗口上下主硬段轴线的大尺度平行偏移，另一方面可有效减少波纹管的波数，减少真空破坏的几率因素，更重要的是可以减小波纹管的变形量，从而降低波纹管上的最大应力值。本发明可以使真空室及在运行时受热后既可有效吸收热变形，窗口颈管沿轴向依然保持直线性，从而保证了一些诊断设备特别是光学系统正常工作，不至于测量光路偏移等离子体。
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的波纹管结构示意图。
图3为本发明颈管受热前结构与受热后变形结构比较示意图。
具体实施方式
参见附图。
在超导托卡马克核聚变装置真空室壳体上有水平窗口和垂直窗口，所述水平窗口和垂直窗口上安装有颈管1，其特征在于所述的颈管上有二段波纹管2，二段波纹管2之间有硬管3。每段波纹管2有10个波节，波纹管2厚度为1mm，硬管3长取200mm。
窗口颈管波纹管之间硬管长度的优化垂直窗口每段波纹管取10个波，建立窗口颈管有限元分析模型，窗口法兰端面为全固定约束，颈管与真空室壳体相贯处按照真空室250℃烘烤热变形情况添加位移边界条件(沿大环半径方向位移为15mm，沿窗口颈管方向向上位移为15mm)，然后优化计算硬段长度。
具体的优化结果如表1所示。从计算结果可以看出波纹管波节数取10，硬管长取200mm比较合理。
表1垂直窗口硬段长度优化结果
硬管长取200mm时，应力最大值为422.7MPa，这些应力主要是由于真空室烘烤产生热变形引起的，因此都归属二次应力范围，其值均小于3倍的316L不锈钢的许用应力147MPa，所以认为这些波纹管连接结构方案是安全的、合理的。
权利要求
1.特殊的超导托卡马克核聚变装置真空室的窗口颈管结构，包括有真空室壳体，真空室上有水平窗口和垂直窗口，所述水平窗口和垂直窗口上安装有颈管，其特征在于所述的颈管上有二段波纹管，二段波纹管之间有硬管。
2.根据权利要求
1所述的颈管结构，其特征在于每段波纹管10个波节，波纹管厚度为1mm，硬管长取200mm。
专利摘要
本发明公开了一种特殊的超导托卡马克核聚变装置真空室的窗口颈管结构，包括有真空室壳体，真空室上有水平窗口和垂直窗口，所述水平窗口和垂直窗口上安装有颈管，其特征在于所述的颈管上有二段波纹管，二段波纹管之间有硬管。本发明可以使真空室及在运行时受热后既可有效吸收热变形，窗口颈管沿轴向依然保持直线性，从而保证了一些诊断设备特别是光学系绕正常工作，不至于测量光路偏移等离子体。
文档编号G21B1/17GKCN1851830SQ200610040635
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月18日
发明者武松涛, 宋云涛, 姚达毛 申请人:中国科学院等离子体物理研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan