高温机械臂冷却技术的研究

发布时间：2021-05-20 10:29

　　国际热核聚变实验堆（ITER）是以磁约束的方式实现受控核聚变的反应堆。针对ITER真空室第一壁检测的任务需求，以及ITER真空室高温真空强磁的复杂环境，论文提出了机械臂在高温（120℃）环境中工作的解决方案，设计了一套集成于机械臂的冷却系统。论文首先设计了双目相机关节实验，从理论分析和实验验证两个方面探究关节中冷却结构传热的过程，设计分析了在特定环境中，冷却回路进出口水温与回路中冷却水流量的关系。在双目相机关节的基础上，论文设计了高温机械臂冷却回路结构，并对回路中需要的仪表、散热水箱进行选型和设计。而且从理论上分析了在一定管路进出口水温下，整个冷却系统回路中的水流量，以及为维持冷却系统的热量平衡，散热水箱所处的环境温度。另外在保证冷却系统冷却效果的基础上，论文对冷却结构进行了优化设计，以使整个高温机械臂具有最小的自身负载。再次，论文设计了冷却控制系统，实现在特定工作点附近以机械臂中电子元器件的直接工作环境温度为反馈的冷却回路水流量自动控制。为了能够实时检测冷却系统的工作状态，冷却控制系统中集成了冷却回路参数监测及报警功能。最后，在解决高温问题的基础上，论文探索了高温真空强磁耦合环境中机... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题背景
    1.3 工业设备冷却技术探究
        1.3.1 压缩式电冰箱制冷系统
        1.3.2 汽车发动机水冷系统
    1.4 AIA 冷却技术探究
    1.5 课题研究内容
    1.6 本章小结
第二章 高温机械臂冷却系统方案设计
    2.1 高温机械臂冷却系统设计要求
    2.2 冷却回路设计要素
        2.2.1 冷却介质
        2.2.2 传热结构
        2.2.3 冷却介质传输结构
    2.3 高温机械臂冷却系统方案设计
        2.3.1 冷却回路结构方案设计
        2.3.2 冷却控制系统方案设计
    2.4 本章小结
第三章 双目相机关节高温实验设计及分析
    3.1 传热学理论知识
        3.1.1 热传导过程数学描述
        3.1.2 管内受迫对流换热准则关联式
    3.2 双目相机关节高温实验设计
        3.2.1 实验概况
        3.2.2 双目相机关节冷却结构设计及冷却参数选择
        3.2.3 双目相机关机运动控制及温度采集
    3.3 双目相机关节高温实验分析
        3.3.1 双目相机关节高温实验结果
        3.3.2 基于简化模型的相机保护罩传热分析
        3.3.3 基于有限元的相机保护罩传热分析
    3.4 本章小结
第四章 高温机械臂冷却回路设计及优化
    4.1 机械臂内冷却回路设计
    4.2 机械臂外冷却回路设计
        4.2.1 冷却水循环参数计算及管路部件选择
        4.2.2 散热水箱的设计及计算
    4.3 基于有限差分和随机方向搜索的保护罩优化
        4.3.1 有限差分传热数值解法
        4.3.2 随机方向搜索法
        4.3.3 保护罩结构优化
        4.3.4 双目相机保护罩结构优化
    4.4 本章小结
第五章 高温机械臂冷却控制系统设计
    5.1 水泵流量自动控制
        5.1.1 保护罩密封环境温度控制数学模型
        5.1.2 水泵流量调节方法
        5.1.3 水泵流量自动控制
        5.1.4 预判断温度控制
    5.2 冷却回路参数监测及报警
        5.2.1 流量、压力传感器
        5.2.2 冷却控制系统电气电路
        5.2.3 冷却回路参数监测和报警控制流程
    5.3 高温机械臂冷却控制系统人机界面设计
    5.4 本章小结
第六章 高温真空强磁环境机械臂解决方案探索
    6.1 真空环境及解决方案
    6.2 强磁环境及解决方案
    6.3 高温真空强磁耦合环境模块解决方案
    6.4 本章小结
第七章 总结及展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]EAST超导托卡马克偏滤器水冷结构设计[J]. 谢韩,宋云涛,姚达毛.  核聚变与等离子体物理. 2009(04)
[2]可控核聚变与国际热核实验堆（ITER）计划[J]. 冯开明.  中国核电. 2009(03)
[3]基于PLC和变频调速的恒压供水系统设计[J]. 路野,周朝晖.  计算机与数字工程. 2009(01)
[4]国际核能应用及其前景展望与我国核电的发展[J]. 欧阳予,汪达升.  华北电力大学学报(自然科学版). 2007(05)
[5]水冷壁气化炉温度分布及影响因素分析[J]. 段合龙,贡文政,梁钦锋,刘海峰,王辅臣,于遵宏.  化学工程. 2007(08)
[6]变频调速技术应用与水泵流量调节[J]. 王广云,贾玉景.  煤矿机械. 2007(01)
[7]我国核裂变能可持续发展战略研究[J]. 顾忠茂,王乃彦.  中国能源. 2005(11)
[8]水泵调速及其控制技术的应用研究[J]. 梁相钦,宛如意.  给水排水. 2004(09)
[9]基于相似理论的无刷伺服电机发热预测及应用[J]. 陈英俊,谢运祥.  微电机(伺服技术). 2003(03)
[10]水泵调速与循环水处理系统水量平衡[J]. 张新喜,桂光伟.  冶金动力. 2000(02)

硕士论文
[1]发动机冷却系统的研究与优化设计[D]. 黄晖.山东大学 2005



本文编号：3197602