CFETR真空室射线检测布片工装设计

发布时间：2020-06-23 15:48

【摘要】：能源短缺以及化石能源使用过程中带来的环境污染已经成为阻碍经济的增长和困扰人类社会可持续发展及生存的瓶颈。为了解决限制人类发展的能源问题,进行对聚变能研究。研究发现聚变反应堆本身是安全的,没有核泄漏、核辐射等潜在威胁人类生命安全的因素,且核聚变能的原料是氘氚,地球藏量相当丰富,是清洁安全的理想能源。因此,核聚变能源被认为是人类未来的永久能源,开发核聚变能具有极其重大的科学意义和战略意义。真空室作为未来聚变堆主体,是提供等离子体稳态运行环境的核心容器部件。目前,我国未来聚变堆还处于概念设计阶段,对于真空室制造过程中必须涉及到的一些技术难题进行深入研究意义重大。在研究这些关键技术的基础上,完成一件全尺寸截面的真空室1/8扇区的制造,并以此作为将来开展聚变堆真空室内部部件装配,检测,遥操作等工程物理试验的实物平台,使我国在未来聚变堆真空室的制造技术领域实现实质性突破,跻身国际先进行列。中国聚变工程试验堆(CFETR)真空室体积庞大不能一次加工完成,真空室分成16个扇区进行加工组装,2个1/16扇区组通过补偿环对焊成一个1/8真空室。真空室运行过程中要求具有极高的稳定性和可靠性。1/16扇区组对焊可能存在焊接缺陷影响未来真空室的可靠性,因此检测1/16扇区组对焊处的焊接质量对保证未来聚变堆整个反应装置能够安全运行具有重要意义。通过查阅大量文献,首先对国内外真空室研究现状进行分析,了解焊缝检测常用方法,通过对比检测方法的特点,对内壳焊缝提出了射线检测理论的方法。真空室为双壳体结构,两壳体之间距离变化范围为180-280mm,两壳体间设有加强筋,两相邻筋板间的距离为300mm,焊缝在两筋板间。为保证装配精度,2个1/16扇区组焊接时在竖直面内进行吊装,1/8真空室竖直面内截面为D型,则产生D型焊缝。此处射线检测存在人工布片空间不足、胶片定位难、检测空间变化等问题。为解决上述检测难题设计一种辅助工装能够实现在内外壳体间进行自动化布片,完成射线检测。布片装置能满足在内外壳体狭小可变的空间内自由行进,且能够将底片准确的送至预定位置,并能保证底片与焊缝贴合,在射线检测完成后将胶片送出。根据检测空间变化特点总结布片工装所要满足射线检测的所有功能。将功能进行分解,分别建立爬行支撑部分、布片机构、曲柄摇杆机构。将各机构进行整合建立三维模型,根据三维模型在不同检测工况下的运行情况,计算各结构的尺寸参数。同时为保证射线检测的准确性,对胶片定位装置进行设计计算。实际检测工况时真空室为竖直状态,分析布片工装在整个布片过程中最大受力位置进行分析,根据分析可知在竖直段所爬行时所要克服的力最大,根据这一分析结果对该处电机及滚珠丝杠进行选型计算。对布片工装控制进行设计。根据布片工装检测时的运行特点,对布片工装进行PID控制设计。此外对工作平台运用ANSYS Workbench对布片工装所在的危险工况进行有限元分析验证。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL628

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