CN109751218A - 内置式高真空低温冷凝抽气泵 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核聚变技术领域，具体公开了一种内置式高真空低温冷凝抽气泵，其由若干段圆弧结构组成完整的圆形，每个圆弧结构包括防热辐射屏、液氮屏、弧形百叶窗、氮管和氦管；氮/氦管的圆弧段内自成回路，弧形百叶窗的叶片固定于靠外侧的氮管；氮管、氦管、防热辐射屏、液氮屏的管路成为同心圆弧。内置式高真空低温冷凝抽气泵能够有效及时的抽除中性粒子，且抽速大，震动小，采用的百叶窗设计，避免高温粒子直接打击液氦管道，降低液氦管的热负荷，同时结构紧凑，便于安装。

Description

内置式高真空低温冷凝抽气泵
技术领域
本发明属于核聚变技术领域，具体涉及一种用于HL-2M托卡马克装置中内置式冷凝抽气泵。
背景技术
托卡马克装置的正常运行对中性粒子的控制非常重要，它是保证等离子体品质的必要要求之一。中性粒子控制对约束改善、等离子体品质、杂质输运、壁材料腐蚀、靶板热载荷、偏滤器运行、主等离子体加料、聚变堆芯的安全持续运行等都有重要影响。可以说，中性粒子控制的最终目标是改善等离子体约束。要达到改善等离子体约束提高等离子体品质的目的，边沿中性粒子必须被严格控制，而要达到降低偏滤器靶板热负荷目的，必须在局部主动增加中性粒子，实现这两个目的的方法是相反的，但必须排除中性粒子是相一致的。中性粒子控制就是在主动送气和被动杂质产生时，通过抽气***抽气，实现中性粒子压强的控制，达到改善等离子体约束提高等离子体品质和降低偏滤器靶板热负荷这两者之间的平衡。
正在建造的HL-2M托卡马克装置具有高的等离子体参数，为了更好地控制等离子体密度并排出中性气体，要求抽气***具有更高抽速，特别是高参数的放电要求更大的瞬间抽气速率和更好的性能，真空度达到1.33×10-1～10-6Pa，液氦管道温度达到4.5K以下。一般的商用低温泵无法运用于HL-2M装置中特殊形状要求和抽气速率特别大的情况，故需要一种特殊的低温泵结构，最大化低温泵抽气能力，合理分配和控制低温流体，提高抽气效率以满足需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种内置式高真空低温冷凝抽气泵，其能够满足HL-2M装置运行要求，适应苛刻的聚变实验装置运行条件，具有较高的安全性和可靠性。
本发明的技术方案如下：
一种内置式高真空低温冷凝抽气泵，其由若干段圆弧结构组成完整的圆形，其特征在于：所述的圆弧结构包括若干段弯管状的防热辐射屏组成圆弧管和设于圆弧管内部的弯管状的液氮屏，以及设于液氮屏内的弧形百叶窗、氮管和氦管；所述的氮管有两个，分别设于在液氮屏内部的靠内侧和靠外侧，所述的弧形百叶窗的叶片固定于靠外侧的氮管上；所述的氦管有两个，设于液氮屏内部沿直径方向上；所述的氮管、氦管、防热辐射屏、液氮屏的管路成为同心圆弧；所述的两个氮管在所在的圆弧段端部相通，所述的两个氦管在所在的圆弧段端部相通。
所述的液氮屏内部沿直径方向上设有弹簧支撑，所述的两个氦管通过弹簧支撑安装。
所述的两个氮管截面中心的连线方向，与两个氦管截面中心的连线方向垂直。
所述的两个氮管在所在的圆弧段端部通过U形管连通。
所述的两个氦管在所在的圆弧段端部通过U形管连通。
所述的液氮屏通过陶瓷支撑柱固定于所述的防热辐射屏内部。
本发明的显著效果如下：
通过采用本发明的内置式高真空低温冷凝抽气泵，能够有效及时的抽除中性粒子，且抽速大，震动小。采用的百叶窗设计，在抽取高温粒子时，让高温粒子经过一次以上的碰撞预冷降温后才能到达液氦管，避免高温粒子直接打击液氦管道，降低液氦管的热负荷；同时百叶窗与一层液氮屏的设计结构紧凑，便于安装在有限的空间内。在每段的圆弧结构中氦管成为单独的回路，因而在整个装置中没有形成一个贯通圆形回路，避免了在托卡马克大磁场情况下由于圆形回路而形成电磁力与耦合出来的感应热能。同时氦管采用弹簧支撑不仅可以起到固定的作用，且其热量传导小，还便于吸收温差导致的形变，增加装置的可靠性与安全性。此内置式高真空低温冷凝抽气泵整体结构简单，便于安装和调试，具有良好的可加工性。
附图说明
图1为内置式高真空低温冷凝抽气泵整体结构示意图；
图2为截面详细示意图；
图3为弧形百叶窗剖面示意图；
图4为液氮管道回路连接处示意图；
图5为液氦管道回路连接处剖面示意图；
图中：1.防热辐射屏；2.弧形百叶窗；3.液氮屏；4.氮管；5.氦管；6.弹簧支撑；7.陶瓷支撑柱；8.U形管；9.短小型U形管。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，该装置有若干段圆弧结构组成，形成完整的圆形。优选的整体由四段90°圆弧结构组成。
如图2和图3所示，以一段圆弧结构为例，说明其内部结构。每段圆弧结构包括设于外部的五段防热辐射屏1和内部的液氮屏3，以及安装在液氮屏3内的弧形百叶窗2、氮管4和氦管5。
防热辐射屏1和液氮屏3均为弯管状，液氮屏3安装在防热辐射屏1内部，并通过陶瓷支撑柱7进行固定。两个氮管4分别安装在液氮屏3内部的靠内侧和靠外侧，弧形百叶窗2固定安装在液氮屏3内部靠外侧的氮管4，可采用焊接的方式。在截面圆的直径方向上安装两个氦管5，氦管5通过液氮屏3内部沿直径方向上安装的弹簧支撑6固定。氮管4、氦管5的管路方向与防热辐射屏1、液氮屏3的管路方向成为同心圆弧。
上述的内侧和外侧是指安装整个装置管状围成的圆弧的内侧和外侧。
优选的实施方式是，两个氮管4截面中心的连线方向，与两个氦管5截面中心的连线方向垂直。
工作时，被抽除的中性粒子通过弧形百叶窗2，在外侧先经氮管4的初步冷却，最后冷凝在氦管5上，达到抽气的效果。
如图3所示，弧形百叶窗2与外侧氮管4组合，高温中性粒子必须经过一次以上的碰撞散能后才到达氦管，避免高温粒子直接打击氦管造成的高热负荷损伤，保证了装置的可靠性与安全性，同时弧形百叶窗2与液氮屏3结构紧凑，便于安装在有限的空间内。
如图4所示，圆弧结构端部的两个氮管4通过U形管8接通。如图5所示，圆弧结构端部的两个氦管5通过短小型U形管9接通，因此在每一段圆弧结构中，氮管4或氦管5自行连通，没有在整个内置式高真空低温冷凝抽气泵中形成氮管或者氦管的贯通圆形回路，避免了因磁场情况下由于圆形回路而形成电磁力与耦合出来的感应热能。

Claims (6)

1.一种内置式高真空低温冷凝抽气泵，其由若干段圆弧结构组成完整的圆形，其特征在于：所述的圆弧结构包括若干段弯管状的防热辐射屏1组成圆弧管和设于圆弧管内部的弯管状的液氮屏3，以及设于液氮屏3内的弧形百叶窗2、氮管4和氦管5；所述的氮管4有两个，分别设于在液氮屏3内部的靠内侧和靠外侧，所述的弧形百叶窗2的叶片固定于靠外侧的氮管4上；所述的氦管5有两个，设于液氮屏3内部沿直径方向上；所述的氮管4、氦管5、防热辐射屏1、液氮屏3的管路成为同心圆弧；所述的两个氮管4在所在的圆弧段端部相通，所述的两个氦管5在所在的圆弧段端部相通。
2.如权利要求1所述的内置式高真空低温冷凝抽气泵，其特征在于：所述的液氮屏3内部沿直径方向上设有弹簧支撑6，所述的两个氦管5通过弹簧支撑6安装。
3.如权利要求1所述的内置式高真空低温冷凝抽气泵，其特征在于：所述的两个氮管4截面中心的连线方向，与两个氦管5截面中心的连线方向垂直。
4.如权利要求1所述的内置式高真空低温冷凝抽气泵，其特征在于：所述的两个氮管4在所在的圆弧段端部通过U形管连通。
5.如权利要求1所述的内置式高真空低温冷凝抽气泵，其特征在于：所述的两个氦管5在所在的圆弧段端部通过U形管连通。
6.如权利要求1～5任意一项所述的内置式高真空低温冷凝抽气泵，其特征在于：所述的液氮屏3通过陶瓷支撑柱7固定于所述的防热辐射屏1内部。
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