ITER真空绝热冷质支撑性能测试平台设计与研究

发布时间：2021-09-30 22:07

　　真空绝热冷质支撑（cold mass support,CMS）是国际热核聚变反应堆（International Thermonuclear Fusion Reactor,ITER）中的关键支撑部件之一。为了检测已制造完成的冷质支撑的性能是否达到合格验收标准,在交付前需对它进行摩擦性能测试和机械强度测试。通过分析复杂工况下冷质支撑的受载特点,结合摩擦测试标准ASTM D1894-14和摩擦力的工程计算结果,设计了冷质支撑摩擦性能测试平台。基于冷质支撑的受载工况,先初步设计了冷质支撑机械强度测试平台,并通过弯矩梁的受力分析确定了10号工字钢为弯矩梁的最佳材料,再利用液压伺服装置对冷质支撑施加工况载荷,完成了冷质支撑机械强度测试平台相关设备和工装的结构设计。考虑到单独实施摩擦性能测试和机械强度测试的各项成本,结合2项测试的特点,设计了冷质支撑性能一体化测试平台。结果表明冷质支撑性能一体化测试平台能够有效缩短测试周期和降低检测成本,可为冷质支撑的工程质量认证及后续批量生产提供保障。 

【文章来源】：工程设计学报. 2020,27(01)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

Feeder馈线系统的内部结构及其与低温过渡管道、包容管道、冷质支撑之间的连接关系

摩擦性能测试规程的制定主要依据美国的通用摩擦测试标准ASTM D1894-14[8]，旨在测量相对滑动物体间的力学特性。对于冷质支撑，主要是测量其底部滑块和燕尾槽导轨之间的最大静摩擦力和动摩擦力。ASTM D1894-14中5种摩擦测试方案均采用拖动物体运动的方式进行摩擦测试，各方案的不同之处在于拖动方式：直接拖动和间接拖动，如图3所示。由于场地和测试设备等诸多条件的限制，本文选用图3(b）或图3(e）所示的摩擦测试方案来对冷质支撑进行摩擦性能测试，相较于其他方案，这2种方案的优点在于简化了拖动测试对象所需的动力源，省去了部分复杂的动力传输装置，减少了因测试系统不稳定带来的不利影响，减小了测试场地，便于测试平台的组装和拆解。为确保测试环境和实际工况一致，摩擦性能测试中使用的燕尾槽导轨和冷质支撑底座在加工制造和使用性能上与实际相同。冷质支撑摩擦性能测试平台的结构如图4所示。

基于冷质支撑的受载工况，初步设计冷质支撑机械强度测试平台，其概念设计图如图7所示。在该测试平台中，弯矩梁通过螺栓与包容管道模型上平面紧固连接，弯矩梁的两端通过液压千斤顶施加等大、反向的力，用以模拟弯矩载荷[13]；包容管道模型的轴线和垂直于轴线的方向上各设置1台液压千斤顶，用于施加侧面载荷；安装在顶部的液压千斤顶用于提供竖直方向的外界载荷[14-15]。另需指出的是：1）所有液压千斤顶均需配置具有足够大刚度和强度的支撑结构；2）该测试平台安装时需满足ITER工程安装要求，以保证测试结果的有效性；3）冷质支撑所受外界载荷是通过包容管道间接施加到冷质支撑上的，因此在测试平台上设计了包容管道模型，高度还原了冷质支撑实际工况下的受载情况，充分保证冷质支撑机械强度测试的真实性。图5 冷质支撑摩擦性能测试平台实物图


本文编号：3416720