托卡马克腔特种环境下内窥机械臂闭环主动冷却系统研究
发布时间：2020-08-23 08:01
【摘要】：国际热核聚变实验堆(ITER)的受控核聚变会对托卡马克真空腔室第一壁包块造成损伤,于是提出了内窥机械臂自动检测的任务要求。面对真空腔室内120℃的高温环境,论文研究提出内窥机械臂闭环主动水冷冷却系统的解决方案。论文首先总结了针对托卡马克第一壁内窥任务需求,要求机械臂腔内周向360°可达,并且能够对于D型任意截面进行垂直扫描。于是提出了移动底座、大臂、小臂和末端视觉单元四部分组合的机械臂方案。在此基础上提出了不同关节的高温环境冷却防护结构设计以及整体冷却系统整合方案。冷却防护系统设计方案最终确定为各关节独立铜管紧密缠绕防护部件吸收热量,低温水流水冷冷却回路靠软管串联连接,在确保机械臂机动性的前提下保护了相机、电机和驱动器几大关节电气元件。经过查阅多方资料探讨和理论公式推导分析,闭环水冷循环系统外部回路以隔膜水泵为水流动力源,并由恒温冷却水槽作为冷源吸收水流冷媒从真空室内机械臂前端带出的热量散发到外界。针对本课题机械臂机械机构的紧凑特性,冷却控制系统经过重新设计,改进了原有布置复杂的温度测量系统。控制系统软件架构构建人际交互界面时,集成了实时数据监控,历史趋势回顾,电源控制管理和警报处理等功能,并在软件层面信息通讯上充分考虑了与内窥机械臂上位机总控制系统的交互优先级,设计成为运作正常时界面隐藏、遇到危险警报时弹出的对话框结构。最终系统实验论证在完成冷却系统硬件结构和软件架构搭建之后,对系统进行三小时以上的长时间实验,共分三个阶段。-第一阶段,单关节双目相机冷却回路实验验证铜管回路结构设计合理性和可行性。-第二阶段,小臂关节制造组装完毕之后,在恒温烘烤箱中模拟真空室内高温环境,对所有冷却回路串联进行压力流量模拟温度实验,详细考察细长管路管道特性和各个节点温度的冷却效果。-第三阶段,综合考虑机械小臂内部电子元器件正常运作的发热情况,对比室温环境的工作温度,检测高温环境中各部件冷却防护后实际运作的最终温度。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL631.24
【图文】：
criteria 劳逊判据），该条件是温度 T 和密度 n 跟约束时间τ乘积的函数。目前约束高温粒子的方式有磁场控制和惯性束缚两种。而本课题设计的托卡马克腔就是.实现磁场控制的装置，装置能够产生强打的环形复杂磁场。国际热核聚变实验堆，也称“（ITER）计划”[3]，（ITER：International ThermonuclearExperimental Reactor），于 1985 年提出倡议，实验堆的研究设计工作于 1988 年开始。ITER 项目可以算是世界各方聚变科研研究主要成果的集成，整个工程耗时十三年，耗资十五亿美元，其设计工作完成于 2001 年。尔后，中美欧印韩日俄七方通过五年协商后一起草拟了 ITER 计划协议，之后 2006 年正式签下联合启动协议。整个计划的时间跨度长达 35 年，其中前十年为筹划建造阶段，而后的二十年为反应堆的实际运行和开发利用，最后五年为材料去活化清理阶段。托卡马克名字为俄语中 Tokamak 的谐音反语，意为圆环形(Toroidal)的真空(Kamera)腔内产生磁场 (Magnet)的线圈(kotushka) 约束等离子体发生聚变。[4]托卡马克装置内线圈、磁场和电流的关系如图 1-1 所示：线圈（蓝色）和由它产生的环形场，极向场和产生它的等离子体电流（红色），以及两者叠加所得的扭曲场。
上海交通大学硕士学位论文室内部会都会受到有毒物质污染和放射性活化，附着的残余辐射都受的。这使得维护人员无法直接操作，需要在防护装置以外借助遥机器手臂代替他们，完成所需物料的清点检查、运输到指定地点、焊接、损坏部件的拆卸修复、去污之后的热室储存等一系列操作。遥操作维护技术被一致看作是聚变堆商用化之前不得不突破的技术发研究并不断突破该项技术难题是成功推进核聚变实验堆的必经之R 工程项目由 10 个主要系统组成，见图 1-2，包括四个主要部分：主体、超导磁体系统、真空室及其内部部件、外真空杜瓦及冷屏。设施有低温回路及低温设备、水冷系统、电源系统、等离子体诊断电流驱动系统及其电源系统、加料及排灰系统（包括排灰处理系统系统/实验室及其附属系统等。[7]
上海交通大学硕士学位论文马克子系统之中最不可缺少就是遥操作维护模块。放的高能粒子强穿透性极强，能使许多物体内部的粒性化之后会产生感生辐射，同时降低材料原本的机械法继续履行原有职能。因而，在聚变堆运行的同时，蔽层第一壁的部件进行清理保护并更换失效零件。而活化材料的辐射剂量依旧能对人类造成伤害，来完成用机器人远程操作的方式，如图 1-3。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL631.24
【图文】：
criteria 劳逊判据），该条件是温度 T 和密度 n 跟约束时间τ乘积的函数。目前约束高温粒子的方式有磁场控制和惯性束缚两种。而本课题设计的托卡马克腔就是.实现磁场控制的装置，装置能够产生强打的环形复杂磁场。国际热核聚变实验堆，也称“（ITER）计划”[3]，（ITER：International ThermonuclearExperimental Reactor），于 1985 年提出倡议，实验堆的研究设计工作于 1988 年开始。ITER 项目可以算是世界各方聚变科研研究主要成果的集成，整个工程耗时十三年，耗资十五亿美元，其设计工作完成于 2001 年。尔后，中美欧印韩日俄七方通过五年协商后一起草拟了 ITER 计划协议，之后 2006 年正式签下联合启动协议。整个计划的时间跨度长达 35 年，其中前十年为筹划建造阶段，而后的二十年为反应堆的实际运行和开发利用，最后五年为材料去活化清理阶段。托卡马克名字为俄语中 Tokamak 的谐音反语，意为圆环形(Toroidal)的真空(Kamera)腔内产生磁场 (Magnet)的线圈(kotushka) 约束等离子体发生聚变。[4]托卡马克装置内线圈、磁场和电流的关系如图 1-1 所示：线圈（蓝色）和由它产生的环形场，极向场和产生它的等离子体电流（红色），以及两者叠加所得的扭曲场。
上海交通大学硕士学位论文室内部会都会受到有毒物质污染和放射性活化，附着的残余辐射都受的。这使得维护人员无法直接操作，需要在防护装置以外借助遥机器手臂代替他们，完成所需物料的清点检查、运输到指定地点、焊接、损坏部件的拆卸修复、去污之后的热室储存等一系列操作。遥操作维护技术被一致看作是聚变堆商用化之前不得不突破的技术发研究并不断突破该项技术难题是成功推进核聚变实验堆的必经之R 工程项目由 10 个主要系统组成，见图 1-2，包括四个主要部分：主体、超导磁体系统、真空室及其内部部件、外真空杜瓦及冷屏。设施有低温回路及低温设备、水冷系统、电源系统、等离子体诊断电流驱动系统及其电源系统、加料及排灰系统（包括排灰处理系统系统/实验室及其附属系统等。[7]
上海交通大学硕士学位论文马克子系统之中最不可缺少就是遥操作维护模块。放的高能粒子强穿透性极强，能使许多物体内部的粒性化之后会产生感生辐射，同时降低材料原本的机械法继续履行原有职能。因而，在聚变堆运行的同时，蔽层第一壁的部件进行清理保护并更换失效零件。而活化材料的辐射剂量依旧能对人类造成伤害，来完成用机器人远程操作的方式，如图 1-3。
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本文编号：2801282
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