一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于磁約束核聚變研究托克馬克裝置中性束注入器量熱靶的水冷管道以及其他工程設備中的高真空條件下狹窄空間內的水網連接技術領域，具體涉及一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構。異形水路結構，應用于HL?2M托卡馬克裝置的5MW?NBI加熱束線核心部件—主動水冷量熱靶，作為5MW?NBI加熱束線量熱靶的一個組成部分，與W字形多板主動水冷結構量熱靶板及升降和導向機構結合共同完成整個量熱靶的所有功能。中性束注入器量熱靶作為磁約束聚變實驗裝置以及未來聚變工程推NBI加熱系統內部必不可少的部件，用于檢測大面積的強流束功率及功率密度分布測量。本實用新型是量熱靶不可或缺的組成部分之一，為量熱靶提供充分有效的大流量冷卻水回路。
【專利說明】
一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構
技術領域
[0001]本實用新型屬于磁約束核聚變研究托克馬克裝置中性束注入器量熱靶的水冷管道以及其他工程設備中的高真空條件下狹窄空間內的水網連接技術領域，具體涉及一種長脈沖主動水冷量熱革E大流量的異形水路結構。
【背景技術】
[0002]中性束注入(NBI)用以加熱磁約束等離子體，是提高離子溫度或者電子溫度的最有效方法之一，同時NBI也用來驅動等離子體電流并且控制等離子體性能。包括離子源在內的中性束注入器是中性束加熱系統的核心系統，主要包括:離子源，注入器真空室，置于真空室內部的中性化室，離子吞噬器，偏轉磁體，束邊緣刮削器，量熱靶，高抽速真空栗等。主要完成等離子體產生，離子束引出和加速，離子束中性化，殘留離子束偏轉，中性束幾何匯聚，中性束注入等物理過程。同時注入器還將具有束性能診斷，束功率測量，部件安全監測，高抽速真空運行等功能。
[0003]量熱革El是一種用量熱法測量束功率的器件。束粒子打到量熱革El上以后沉積的熱量由冷卻水帶走，測出水的出口和入口的溫差和水的流量，即可計算出接受到的束功率。除此而外，它還有以下功能:通過測量嵌裝在量熱靶上的熱電偶陣列的溫升，測出束分布，診斷出束發散角；用于監測束的對中情況;離子源鍛煉時，用于截斷束，將束功率吸收。束量熱靶分為主動冷卻量熱革E和被動冷卻量熱革E，主動冷卻量熱革E米用大流量冷卻水，在運行束脈沖內及時將沉積的能量帶走，也就是在運行脈沖內，通過瞬時流體熱交換，令量熱靶表面溫度處于安全平衡溫度。被動冷卻量熱靶則是在束脈沖間歇內由冷卻水緩慢的帶走沉積在量熱靶中的能量。主動水冷量熱靶是承擔中性束注入器最高熱負荷的部件。
[0004]與HL-2M托克馬克裝置配套的5MW中性束注入器在單獨調試運行時，需要采用量熱靶進行束功率測量和束功率密度分布診斷，在這種工況下，量熱靶承擔約60%的引出功率，極限值達到3MW，熱負荷極高，中心區域功率密度甚至可以達到6.5kW/cm3，因此必須配備大流量冷卻水路即時的轉移沉積在其中的高能量。中性束量熱靶采用多板主動水冷結構，一共40根銅條柵板，每根柵板采用一進一出的冷卻水路結構，即合計40道進水水路、40道出水水路。
[0005]5MW中性束注入器內部空間有限，各部件排列得非常緊湊，留給量熱靶冷卻水路的空間只有850mm(長)X800mm(寬)X400mm(高)左右。在如此狹窄的空間內要分布40道進水水路、40道出水水路合計80根水管，又要留出充分的裝配空間，對水路結構的設計有較高的要求。
【發明內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，從而滿足HL-2M裝置5MW中性束注入器長脈沖主動水冷量熱靶所需的大流量冷卻水要求，并留出充分的水管裝配空間。
[0007]為了實現這一目的，本實用新型采取的技術方案是:
[0008]一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，應用于HL-2M托卡馬克裝置的5MW-NBI加熱束線核心部件一主動水冷量熱靶，作為5MW-NBI加熱束線量熱靶的一個組成部分，與W字形多板主動水冷結構量熱靶板及升降和導向機構結合共同完成整個量熱靶的所有功能；
[0009](I)量熱靶的進出剛性主水管接入循環水系統，包括主進水管和主出水管，二者的尺寸都是DN80;
[0010](2)量熱靶包括40根銅條柵板，每根銅條柵板的頂端采用一進一出的管路結構分別設置一根進水管和一根出水管，在每根銅條柵板的內部設置U形冷卻管道，U形冷卻管道的直徑與進水管和出水管的直徑一致;冷卻水自進水管進入銅條柵板后流入U形冷卻管道，再從出水管流出；
[0011](3)上下平行分布的W形分水器，分水器包括上層匯水器、下層分水器；
[0012]每個W形分水器都采用一進多出的結構，包括一個W形板和與W形板相互垂直的40個DN12的管道;W形板和40個管道相互連通;W形板的壓力等級與主進水管的壓力等級一致；
[0013]冷卻水首先通過主進水管進入下層分水器中的W形板，下層分水器中40個管道分別與量熱靶40根銅條柵板中的進水管連通，冷卻水通過下層分水器中40個管道流入量熱靶40根銅條柵板中的進水管，進而流入量熱靶的40根銅條柵板中進行冷卻；
[0014]在下層分水器的W形板中設置圓形孔洞陣列，上層匯水器中40個管道穿過這些圓孔，分別與量熱靶40根銅條柵板中的出水管連通，冷卻水在量熱靶40根銅條柵板中循環流通后通過40個出水管匯入上層匯水器的W形板中，冷卻水在W形板中匯合后進入主出水管。
[0015]進一步的，如上所述的一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，主進水管和主出水管的壓力等級都設置為循環水栗出口壓力的兩倍。
[0016]進一步的，如上所述的一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，上層匯水器、下層分水器分別放置在平板上，放置上層匯水器、下層分水器的平板之間通過連接桿連接。
[0017]本實用新型技術方案的有益效果在于:
[0018](I)中性束注入器量熱靶作為磁約束聚變實驗裝置以及未來聚變工程推NBI加熱系統內部必不可少的部件，用于檢測大面積的強流束功率及功率密度分布測量。本發明是量熱革E不可或缺的組成部分之一，為量熱革E提供充分有效的大流量冷卻水回路。
[0019](2)HL-2M裝置將發展3條5MW-NBI加熱束線，本實用新型可以直接與后兩條束線的量熱靶配套使用，為磁約束核聚變研究提供條件。
[0020](3)本實用新型是針對5MW中性束注入器真空環境狹窄空間設計的異形水路機構，也可應用于其它處于狹窄空間中難以進行水管裝配的設備。
【附圖說明】
[0021 ]圖1和圖2主動水冷量熱靶異形水路機構示意圖。
[0022]圖中:I主進水管、2主出水管、3上層匯水器、4下層分水器、5上層匯水器管道、6下層分水器管道、7平板、8連接桿、9量熱靶。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案進行進一步詳細說明。
[0024]如圖1和圖2所示，本實用新型一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，應用于HL-2M托卡馬克裝置的5MW-NBI加熱束線核心部件一主動水冷量熱靶，作為5MW-NBI加熱束線量熱靶的一個組成部分，與W字形多板主動水冷結構量熱靶板及升降和導向機構結合共同完成整個量熱靶的所有功能；
[0025](I)量熱靶的進出剛性主水管接入循環水系統，包括主進水管和主出水管，二者的尺寸都是DN80;
[0026](2)量熱靶包括40根銅條柵板，每根銅條柵板的頂端采用一進一出的管路結構分別設置一根進水管和一根出水管，在每根銅條柵板的內部設置U形冷卻管道，U形冷卻管道的直徑與進水管和出水管的直徑一致;冷卻水自進水管進入銅條柵板后流入U形冷卻管道，再從出水管流出；
[0027](3)上下平行分布的W形分水器，分水器包括上層匯水器、下層分水器；
[0028]每個W形分水器都采用一進多出的結構，包括一個W形板和與W形板相互垂直的40個DN12的管道;W形板和40個管道相互連通;W形板的壓力等級與主進水管的壓力等級一致；
[0029]冷卻水首先通過主進水管進入下層分水器中的W形板，下層分水器中40個管道分別與量熱靶40根銅條柵板中的進水管連通，冷卻水通過下層分水器中40個管道流入量熱靶40根銅條柵板中的進水管，進而流入量熱靶的40根銅條柵板中進行冷卻；
[0030]在下層分水器的W形板中設置圓形孔洞陣列，上層匯水器中40個管道穿過這些圓孔，分別與量熱靶40根銅條柵板中的出水管連通，冷卻水在量熱靶40根銅條柵板中循環流通后通過40個出水管匯入上層匯水器的W形板中，冷卻水在W形板中匯合后進入主出水管。上層分水器的出水管道與下層分水器的出水管道排列整齊，沒有錯位和機械干擾，在水管裝配時，扳手可從外側伸入，轉動扳手時不會被相鄰的水管阻攔。
[0031]上層匯水器、下層分水器分別放置在平板上，放置上層匯水器、下層分水器的平板之間通過連接桿連接。
[0032]在本實施例中，中性束注入器水網配備的主循環水栗的出口壓力20公斤可調，主進水管和主出水管的壓力等級都設置為循環水栗出口壓力的兩倍即40公斤。整個水路具備兩倍水壓的工程余量，密封采用真空密封標準，保證水管在真空環境下不發生泄漏。經過計算，水路可以提供120m3/h的冷卻水，能夠做到即時冷卻。
[0033]本實用新型異形水路機構占用的空間僅為842.5111111(長)\770111111(寬)\479111111(高)。在狹窄的空間內分布有80個DN12的冷卻水管道，交錯排列成與量熱靶相同的W形，留給水管連接的裝配空間充分。
【主權項】
1.一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，應用于HL-2M托卡馬克裝置的5MW-NBI加熱束線核心部件一主動水冷量熱靶，作為5MW-NBI加熱束線量熱靶的一個組成部分，與W字形多板主動水冷結構量熱靶板及升降和導向機構結合共同完成整個量熱靶的所有功能； 其特征在于: (1)量熱靶的進出剛性主水管接入循環水系統，包括主進水管和主出水管，二者的尺寸都是DN80; (2)量熱靶包括40根銅條柵板，每根銅條柵板的頂端采用一進一出的管路結構分別設置一根進水管和一根出水管，在每根銅條柵板的內部設置U形冷卻管道，U形冷卻管道的直徑與進水管和出水管的直徑一致;冷卻水自進水管進入銅條柵板后流入U形冷卻管道，再從出水管流出； (3)上下平行分布的W形分水器，分水器包括上層匯水器、下層分水器； 每個W形分水器都采用一進多出的結構，包括一個W形板和與W形板相互垂直的40個DN12的管道;W形板和40個管道相互連通;W形板的壓力等級與主進水管的壓力等級一致； 冷卻水首先通過主進水管進入下層分水器中的W形板，下層分水器中40個管道分別與量熱靶40根銅條柵板中的進水管連通，冷卻水通過下層分水器中40個管道流入量熱靶40根銅條柵板中的進水管，進而流入量熱靶的40根銅條柵板中進行冷卻； 在下層分水器的W形板中設置圓形孔洞陣列，上層匯水器中40個管道穿過這些圓孔，分別與量熱靶40根銅條柵板中的出水管連通，冷卻水在量熱靶40根銅條柵板中循環流通后通過40個出水管匯入上層匯水器的W形板中，冷卻水在W形板中匯合后進入主出水管。2.如權利要求1所述的一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，其特征在于:主進水管和主出水管的壓力等級都設置為循環水栗出口壓力的兩倍。3.如權利要求1所述的一種長脈沖主動水冷量熱靶大流量的異形水路結構，其特征在于:上層匯水器、下層分水器分別放置在平板上，放置上層匯水器、下層分水器的平板之間通過連接桿連接。
【文檔編號】G01T1/00GK205539500SQ201521128641
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月30日
【發明人】劉鶴, 曹建勇, 闞存東, 趙凱
【申請人】核工業西南物理研究院, 北京利方達真空技術有限公司