EAST下偏滤器结构优化设计与关键技术研究

发布时间：2020-06-22 22:18

【摘要】：本论文研究磁约束核聚变托卡马克试验装置EAST中的下石墨偏滤器优化升级设计问题。现有的石墨材料为第一壁表面材料的下偏滤器不仅在热负载能力上不能满足试验需求,同时由于石墨瓦强度低导致的瓦片碎裂会严重影响试验运行。本文根据目前的实际需求情况,在不需要占用大量试验时间以及经费的前提下,不改变现有内部支撑及水流冷却系统,针对下偏滤器进行优化,提高现有下偏滤器的热负荷能力,同时能够承受该结构受到的热应力及电磁力载荷。根据下偏滤器的结构特点,论文分别对下偏滤器的打击点靶板和非打击点靶板进行了不同的设计。非打击点位置由于目前主要问题在于石墨材料导致的碎裂及溅射问题,优化设计中使用高温钼合金材料取代现有的石墨,以此增强瓦片的强度;打击点位置靶板的主要问题在于热负荷能力低下,不能将沉积在靶板的热量及时排除,针对这一点,本文采用环向钨串(monoblock)的结构取代石墨瓦螺栓连接结构,同时,使用爆炸焊不锈钢基底的爆炸焊复合材料制成的水盒,不仅简化了钨串与水盒之间的焊接工艺,同时提高了结构的可靠性。为了保证靶板的第一壁表面位置不发生变化同时使用现有的内部支撑结构,所以需要在钨串与内部支撑之间的17mm的间隙中设计一套可以调节靶板位置并且有足够支撑强度同时还要能在正面对靶板进行安装和拆卸的支撑结构。本论文提出了一种支撑块与支撑条配合的结构,能够在狭小空间内满足上述要求。本文基于现有等离子体运行模式,给出了工程模拟热加载优化方案,可以保证偏滤器在满足使用要求的前提下,不必要保持过高的安全系数,使得在结构设计中可以有更多的选择性。同时对优化设计的偏滤器结构进行了相关的热分析及电磁分析,通过对结果的分析再次对结构进行优化,确保设计结构在使用中的可行性及可靠性。最后讨论了在偏滤器结构设计中涉及的其他可行方案,并对其中一些方案如TZM螺栓连接方案、石墨焊接方案及基于爆炸焊复合板的表面钨铜片钎焊方案进行了试验研究,获得了各个方案的温度曲线、热疲劳性能等相关数据,测得了TZM材料的热吸收率,这些方案虽然最终没有在优化设计的方案中使用,但取得的实验结果对后期其他部件的升级有重要的工艺参考价值。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL631.24
【图文】：

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采使用使得现有的存量越来越少。据估计，如果仅靠化石燃料，地球上的能源将逡逑会在未来几百年内枯竭，到那时，人类自身的生存和发展将面临巨大威胁ｍ，图逡逑１．１和图１．２分别展示了目前各区域对能源的需求情况及能源需求的增长情况。逡逑同时，使用化石燃料还将产生大量的Ｃ０２及Ｓ０２等温室气体，对大气环境将造逡逑成严重的破坏［２１按照目前的污染程度及趋势，人类的生存坏境在未来也将受到逡逑严重威胁。据相关资料显示，２０１６年，中国多地出现严重的雾霾天气，个别城市逡逑的ＰＭ２．５指标一度排在全球第一！因此，寻求长期、绿色、可再生的能源成为了逡逑全世界共同的研究课题。目前，太阳能、风能、生物能、水电、地热等能源也都逡逑在进行相关的研宄及开发应用，但是由于这些能源的自身条件限制，始终不能被逡逑广泛应用Ｍ。逡逑１８逡逑十亿吨油当量逦２５０逦年均百万吨油当量逡逑１５逦恀逦■可再生能源？逡逑２００逦■水电逡逑＾逦１５０逦ｍ邋核能逡逑－■■：：：，逡逑0．Ｌ＿邋—逡逑１９６５逦２０００逦２０３５逦１９９４－２０１４逦２０１４－３５逡逑图１．１各区域对能源的需求逦图１．２各类能源每年需求的增长情况逡逑核裂变是人类成功利用核能的第一步

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逦ＥＡＳＴ下偏滤器结构优化设计与关键技术研究逦逡逑时，核裂变发电存在一定的安全风险，因为核裂变是不可控的，历史上就发生过逡逑几次严重的核事故，比如三哩岛核事故，切尔诺贝利核事故，福岛核事故等。显逡逑然核裂变能也不是人类可以长期依赖的能源。逡逑

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