適用于east托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及EAST托卡馬克裝置領域，具體是一種適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統。
【背景技術】
[0002]能源與人類的生存和生活密切相關，能源是推動科學技術進步和經濟高速發展的保障。現在，人類社會面臨巨大的能源危機:地球上的化石燃料資源有限、不可再生，而且大量使用容易造成嚴重的環境污染，風能與水能等清潔能源也遠遠滿足不了人類的需求。至于裂變能，則面臨材料有限，核燃料和核廢料均為長壽命放射性較強的元素，而且核裂變反應堆存在核事故的潛在危險等問題。正因此，目前世界上的一些國家的科學家們正在努力尋找可持續利用的新型能源，受控核聚變能就是其中比較理想的能源之一。
[0003]目前全世界對于受控核聚變所研宄的熱點集中于托克馬克磁約束聚變裝置的研宄，并且對于這么大的一項人類工程全世界都采取相互公開互補保守的原則，這為研宄帶來了良好的合作條件。
[0004]本發明是為磁約束聚變裝置(EAST)上束發射光譜所用，束發射光譜是EAST上監測內部電子溫度、電子密度的關鍵診斷，它可以利用不同雜質激發的譜線結合其雜質所特有的碰撞輻射模型從而反演出所需要的物理信息。為了向EAST中引入雜質就是本發明所要闡明的。為了完成整個工程，主要需要解決下面三個技術問題。
[0005]I)磁約束聚變裝置內部處于極端惡劣的環境條件下，內部存在著高磁場(2.5T)、高真空度O、高真空室壁溫度(200)、高溫等離子體(5)。因此對于噴氣系統的設計及制造要求相當嚴格。
[0006]2)噴氣系統中首先需要滿足的是噴氣量要足夠的小，這樣才不會對EAST的內部真空度帶來影響；其次為了滿足噴氣嘴噴出的氣體能夠有一定的速度這樣才可以打入高溫等離子體內部，需要將噴氣嘴的背壓比做夠的小，即在小的壓強下也可以噴出需要的氣體速度；最后為了滿足精確的控制進氣，需要將高速壓電閥置于真空室內部，這樣就需要對高速壓電閥進行水冷以及電磁屏蔽處理。
[0007]3)因為EAST裝置運行期間周圍會存在輻射，所以整套系統應滿足可以遠程操作，并且為了保證EAST運行期間控制不至于受外部網絡影響，所以整個裝置周圍控制電腦所用網絡均為內部網絡，嚴禁與外網接通。
[0008]
【發明內容】
本發明的目的是提供一種適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，以滿足EAST托卡馬克裝置物理參數獲得的需求。
[0009]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:包括有儲氣容器，儲氣容器上開有四個刀口式法蘭口，每個刀口式法蘭分別連接有管接頭，其中第一個管接頭通過密封焊接與不銹鋼管路連通，不銹鋼管路中通過螺紋依次連接有三通、刀口式密封連接噴氣角閥后，再密封焊連接有隔熱絕緣陶瓷，不銹鋼管路尾部通過密封焊接與一個不銹鋼電磁屏蔽保護盒接通，不銹鋼電磁屏蔽保護盒內部通過螺紋固定安裝有高速壓電閥，高速壓電閥四周密集纏繞有銅管，且銅管兩端通過手動閥門與外界水源連通形成循環管路，由外界水源向銅管內部通冷卻去離子水，且去離子水由下位置銅管進入后再由上位置銅管排出形成回路帶走熱量，高速壓電閥后端通過螺紋連接蜂窩狀噴嘴，蜂窩狀噴嘴與EAST大裝置直接連通實現實時噴氣，且不銹鋼電磁屏蔽保護盒外加開一手動閥門起到緊急抽氣口的作用，第二路管接頭上通過刀口式法蘭密封連接有規管以監測氣體倉內部壓強，第三路管接頭通過密封焊接與另一不銹鋼管路連通，第三路管接頭上不銹鋼管路通過螺紋依次連接三通、氧氣減壓閥后再與壓縮氣體罐連通，在第三路管接頭上不銹鋼管路中還安裝刀口式密封連接噴氣角閥來控制氣路的關斷，第四路管接頭通過密封焊接連通有不銹鋼管路，第四路管接頭上不銹鋼管路后端通過螺紋連接三通，第四路管接頭上不銹鋼管路后端三通右端與噴氣角閥刀口式密封連接，第四路管接頭上不銹鋼管路后端三通左端依次與分子泵機組、機械泵機組抽氣口可拆卸式法蘭口密封連接，第四路管接頭上不銹鋼管路后端三通上端與規管刀口式密封連接。
[0010]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:還包括一高度集成控制機箱，機箱內包含一小型工控機、一塊NI控制板卡、一塊220v交流電轉24v直流電線性電源、兩塊由5v直流電控制一通道24v直流電轉六通道24v直流電關斷、兩塊由5v直流電控制24v直流電轉90v直流電關斷、六路24v直流電控制電磁閥用作系統中實現遠程控制氣路的通斷、以及一塊由Labview控制程序所控制的給風扇，實現對上述高度集成機箱的實時降溫；所有的噴氣角閥上高壓控制氣體與電磁閥控制氣路連通，控制氣路上的電磁閥控制信號通過引線同輸出信號連接，輸出信號的輸入端由NI板卡最后連接在工控機上，規管上壓強電壓信號通過引線連接NI板卡最后在工控機上顯示出來，高速壓電閥上的控制信號直接輸出信號上面的90V直流信號提供，這樣可以實現遠程控制工控機對系統中所有的閥門進行關斷，及實時監測壓強，利用工控機上編寫的Labview人機界面控制NI板卡上面輸出高低電平，從而控制二極管控制電路的輸出信號，二極管控制電路的輸出信號一部分用作控制高速壓電閥的通斷，一部分用作控制電磁閥的通斷，電磁閥的通斷控制高壓控制氣體的閉合，這樣最終實現對噴氣角閥的控制。
[0011]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:還包括一由Labview編寫的電氣控制系統，控制版面為人機界面包括有總控制臺發送的兩路信號，一路作為準許噴氣信號，一路作為及時關斷噴氣信號防止在實驗條件不佳的情況下繼續噴氣；以及控制噴氣時間、噴氣脈寬、噴氣次數；遠程控制抽氣機組運行信號；最后還包括實時監測儲氣容器壓強信號和利用壓強信號實時進行抽氣、補氣維持儲氣容器壓強穩定。
[0012]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:系統中總共采用18路獨立閥門對工作氣體進行保護，防止誤操作將氣體注入EAST中，系統先得到總控制臺準許信號且實驗條件良好信號后，氣動角閥處于常開狀態，前端高速壓電閥接收到實驗人員設定信號實現噴氣的次數、脈寬和時間上的控制。
[0013]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:還包括一套小型壓電閥水冷系統，水冷系統由一四方體外殼包裹，外殼起到屏蔽盒以及保護盒的作用，殼體內部六面用銅管密集纏繞，銅管內通冷卻去離子水一方面起到防止電磁干擾一方面起到使壓電閥降溫的效果。
[0014]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:所述水冷系統外殼采用5毫米厚316L材質不銹鋼制成，保護內部水冷系統以及防止外部電磁干擾；殼體內水冷系統采用熱沉式結構將通去離子水的銅管密集纏繞在殼體的六個面上最大化的實現降溫效果。
[0015]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:儲氣容器與壓縮氣體罐連接管路中安裝的氧氣減壓閥，壓縮氣體經氧氣減壓閥減壓后進入儲氣容器，氧氣減壓閥包括殼體、閥芯、調節塊及彈性體，閥芯置于殼體內部，殼體具有用于引導氣體進入殼體內部的導氣口及連接殼體內部和儲氣容器的氣道，閥芯具有密封端和調節端，彈性體置于調節塊和閥芯的調節端之間，調節塊與殼體固定，閥芯具有第一位置和第二位置，在第一位置，閥芯的密封端封閉氣道和導氣口 ；在第二位置，閥芯的密封端離開氣道和導氣口。
[0016]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:還包括兩路蜂窩狀噴氣嘴；其蜂窩狀噴氣嘴由一外徑8毫米316L材質不銹鋼管內部安裝340根外徑0.21毫米316L材質不銹鋼毛細管壓制而成，這樣可以保證噴氣的準直性以及小的噴氣量。
[0017]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，其特征在于:還包括兩路5v直流電控制220v交流電繼電器，用作遠程控制分子泵、機械泵的關斷。
[0018]本發明的可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，適用于EAST托卡馬克裝置中主動注入雜質，可以測量EAST邊界區域的電子密度、電子溫度、相關漲落的時空分布演化以及邊界相關模式的演化，并可以用于主動注入雜質以觀測EAST參數變化等。
[0019]本發明集成度高，操作界面簡潔易行，且可以滿足高真空，高磁場，高溫度的惡劣環境，同時獨有的噴嘴具有噴氣量小、噴氣準直性好的優點，最后整體系統在實驗區域內網遠程操作既可以實現高精度、高穩定性運行也防止了電磁輻射對實驗人員的危害，為EAST物理實驗提供了良好的條件。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明結構總裝圖。
[0021 ] 圖2為壓電閥水冷系統剖視圖。
[0022]圖3為控制機箱俯視圖簡圖。
[0023]圖4為Labview電氣控制系統邏輯圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1、圖2和圖3所示，適用于EAST托卡馬克裝置可調壓儲氣容器及全自動噴氣系統，包括有儲氣容器13，儲氣容器13上開有四個刀口式法蘭口，每個刀口式法蘭分別連接有管接頭14，其中第一個管接頭通過密封焊接與不銹鋼管路4連通，不銹鋼管路4中通過螺紋依次連接有三通121、刀口式密封連接噴氣角閥71后，再密封焊連接有隔熱絕緣陶瓷6，不銹鋼管路4尾部通過密封焊接與一個不銹鋼電磁屏蔽保護盒2接通，不銹鋼電磁屏蔽保護盒2內部通過螺紋固定安裝有高速壓電閥19，高速壓電閥19四周密集纏繞有銅管5，且銅管5兩端通過手動閥門與外界水源10連通形成循環管路，由外界水源10向銅管內部通冷卻去離子水11，且去離子水11由下位置銅管51進入后再由上位置銅管5 2排出形成回路帶走熱量，高速壓電閥19后端通過螺紋連接蜂窩狀噴嘴3，蜂窩狀噴嘴3與EAST大裝置I直接連通實現實時噴氣，且不銹鋼電磁屏蔽保護盒2外加開一手動閥門82