CN207718826U - 适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于间隙绝缘技术，具体涉及一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构。一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，包括管状的外层屏蔽层，在外层屏蔽层内设置同样为管状的内层屏蔽层，在内层屏蔽层和外层屏蔽层之间设置若干个用于隔离的陶瓷环，在内层屏蔽层内设置及带电冷却水管。本实用新型的显著效果是：本发明基于传统单层屏蔽层，引申出内层与外层屏蔽层，即双层屏蔽层结构的设计发明概念。这个新的设计发明概念使得相互绝缘对象由从前的带电冷却水管和接地的单层屏蔽层变成了如今与带电冷却水管具有相同电位的内层屏蔽层和接地的外层屏蔽层。

Description

适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构

技术领域

本发明属于间隙绝缘技术，具体涉及一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构。

背景技术

在聚变领域中，带高电压的冷却水管是常见的水冷设施。由于带高电位电压且需要较为复杂的结构来承受热应力等特殊性，往往此类带电冷却水管与屏蔽层间的绝缘设计显得格外重要。其次受高温和核辐照且身处氢氘氚氦等复杂恶劣环境，使得材料使用受到了很大的局限性，为设计带来了困难。就目前，运用在聚变领域较为常见的绝缘措施以带电冷却水管喷涂陶瓷涂层为主。但运用陶瓷涂层最明显的缺陷在于：

为了防止高温环境带电冷却水管的热应力影响，带电冷却水管通常是具有特殊结构形态且带有弹性的。这种特性使得涂层的绝缘可靠性在反复冷热冲击下得不到保证。

带电冷却水管弯头处的喷涂均匀性难以保证，特别是对于此类结构形态较为复杂的带电冷却水管，这样使得绝缘可靠性的评估难度上升。

可拆卸维护性较差。主要体现在更换带电冷却水管时，切割并重新焊接的带电冷却水管处的陶瓷涂层缺失补偿难度较大，且补偿后绝缘性能的检测也会是很大的挑战。

另一种较为常见的绝缘措施为带电冷却水管与屏蔽层间间隙绝缘。但其最为明显的缺陷在于：

由于带电冷却水管结构的复杂性，想要加工出间隙距离恒定的对应屏蔽层难度大成本高。

带电冷却水管受热应力影响，其受热变形后与屏蔽层间的间隙距离可能存在变化，

这样使得绝缘可靠性得不到保证。

针对上述几点，传统单层屏蔽层结构使用陶瓷涂层或间隙绝缘方案并不能满足复杂恶劣环境条件下的设计要求。

以ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)，国际热核聚变实验堆)中，辉光放电清洗***为例。该***在辉光放电清洗时，带电冷却水管的电压约为1.5kV，环境气体以氦气为主，气压约为15个单位帕斯卡，带电冷却水管入口水温约为240度。在考虑带电冷却水管与接地屏蔽层间不发生击穿的前提下，根据帕邢定律及相应实验可以得出，有效间隙绝缘距离为5mm至20mm，即带电冷却水管与屏蔽层间间隙应处在5mm至20mm范围内，方能保证其二者间的有效间隙绝缘。

发明内容

本申请针对现有技术的缺陷，提供一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构。

本申请是这样实现的：一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，包括管状的外层屏蔽层，在外层屏蔽层内设置同样为管状的内层屏蔽层，在内层屏蔽层和外层屏蔽层之间设置若干个用于隔离的陶瓷环，在内层屏蔽层内设置及带电冷却水管。

如上所诉的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其中，内层屏蔽层与带电冷却水管具有相同电位，且端部采用绝对接触连接。

如上所诉的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其中，内层屏蔽层与外层屏蔽层间具体有效间隙绝缘距离范围为5mm至20mm。

如上所诉的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其中，外层屏蔽层的材料为不锈钢。

如上所诉的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其中，内层屏蔽层和带电冷却水管的材料为不锈钢、铜或铜合金；

如上所诉的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其中，内层屏蔽层与外层屏蔽层间陶瓷环的主要材料为99％Al₂O₃。

本发明的显著效果是：本发明基于传统单层屏蔽层，引申出内层与外层屏蔽层，即双层屏蔽层结构的设计发明概念。这个新的设计发明概念使得相互绝缘对象由从前的带电冷却水管和接地的单层屏蔽层变成了如今与带电冷却水管具有相同电位的内层屏蔽层和接地的外层屏蔽层。

附图说明

图1是本发明基于ITER辉光放电清洗***的结构外形图。

图2是本发明在图1基础上对内层与外层屏蔽层进行切剖展示内部结构图。

其中：1.内层屏蔽层；2.外层屏蔽层；3.带电冷却水管；4.陶瓷环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例子对本发明做进一步说明：

在已知该***辉光放电工况，即：内层屏蔽层(1)和带电冷却水管(3)的电压约为1.5kV，环境气体以氦气为主，气压约15个单位帕斯卡，带电冷却水管(3)入口水温约为240度。根据帕邢定律及相应实验，考虑带电内层屏蔽层(1)与接地外层屏蔽层(2)不发生击穿，可以得出内层(1)与外层屏蔽层(2)间有效间隙绝缘距离区间为5mm至20mm，且实际实施距离为12mm。

目前，该***运用的带电冷却水管(3)为螺旋状不锈钢带电冷却水管。考虑到水管结构的特殊性，外径为90mm，内径为80mm的空心管状不锈钢材料被运于此处作为内层屏蔽层(1)。使用此空心管状内层屏蔽层(1)的另一个好处是可作为螺旋状带电冷却水管(3)的支撑。且该内层屏蔽层(1)与螺旋状带电冷却水管(3)的连接方式为端部绝对接触连接，保证了二者的电位一致性的同时，避免了电打火现象的发生。

为了保证间隙的均匀性，避免带电内层屏蔽层(1)与接地外层屏蔽层(2)发生电击穿或尖端放电，外层屏蔽层(2)采用了与内层屏蔽层(1)结构相同尺寸相异的空心管状结构，即外径为124mm，内径为114mm的空心管，且外层屏蔽层(2)的材料以不锈钢材料为主。且内外层屏蔽层(1，2)间依靠主要材料为99％Al2O3的陶瓷环(4)作为支撑。陶瓷环(4)厚度为12mm，即间隙绝缘距离被设定为12mm。

本发明基于传统单层屏蔽层，引申出内层(1)与外层屏蔽层(2)，即双层屏蔽层结构的设计发明概念。这个新的设计发明概念使得相互绝缘对象由从前的带电冷却水管和接地的单层屏蔽层变成了如今与带电冷却水管(3)具有相同电位的内层屏蔽层(1)和接地的外层屏蔽层(2)。

双层屏蔽层结构由：内层屏蔽层(1)，外层屏蔽层(2)，陶瓷环(4)及带电冷却水管(3)组成。

内层屏蔽层(1)：

该屏蔽层(1)是外形规整的带电屏蔽层，且与带电冷却水管(3)具有相同的电位。其目的是：

首先，外形规整的要求，是为了将带电冷却水管(3)复杂的结构布局通过内层屏蔽层(1)介入，使得带电层结构简单规整化，便于保证带电层与接地层之间间隙的均匀性，这种间隙均匀性的保证也提高了间隙绝缘的可靠安全性，避免了尖端放电和因间隙距离大范围变化引起电击穿的可能。

其次，为了防止带电内层屏蔽层(1)与带同电位的冷却水管(3)似接触非接触引起两者间电打火情况，内层屏蔽层(1)与带电冷却水管(3)间采用的连接方式为端部绝对接触连接。

外层屏蔽层(2)：

该屏蔽层(2)结构外形与内层屏蔽层(1)相类似，是接地屏蔽层。

首先，外层屏蔽层(2)与内层屏蔽盒(1)具有相类似的结构外形，这是为了满足内外两层屏蔽层之间间隙的均匀性，避免了尖端放电和因间隙距离大范围变化引起电击穿的可能，从而保证间歇绝缘的可靠安全性。

其次，内层(1)与外层屏蔽层(2)间距离应保持在有效绝缘距离区间范围内，例如：用于ITER辉光放电清洗***的内层(1)与外层屏蔽层(2)的间距取值应当落在5mm至20mm区间范围内，且应当利用陶瓷绝缘材料，例如：陶瓷环(4)，加以相互支撑，以保证结构和间隙距离的稳定性，从而间接保证间歇绝缘的可靠安全性。

材料选取方面，外层屏蔽层(2)应以不锈钢为主要材料。内层屏蔽盒(1)和带电冷却水管(3)应以不锈钢，铜或铜合金为主要材料。陶瓷环(4)应采用99％Al2O3为主要材料。

Claims (6)

1.一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，特征在于：包括管状的外层屏蔽层(2)，在外层屏蔽层(2)内设置同样为管状的内层屏蔽层(1)，在内层屏蔽层(1)和外层屏蔽层(2)之间设置若干个用于隔离的陶瓷环(4)，在内层屏蔽层(1)内设置及带电冷却水管(3)。

2.如权利要求1所述的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，特征在于：内层屏蔽层(1)与带电冷却水管(3)具有相同电位，且端部采用绝对接触连接。

3.如权利要求1所述的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其特征在于：内层屏蔽层(1)与外层屏蔽层(2)间具体有效间隙绝缘距离范围为5mm至20mm。

4.如权利要求1所述的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其特征在于：外层屏蔽层(2)的材料为不锈钢。

5.如权利要求1所述的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其特征在于：内层屏蔽层(1)和带电冷却水管(3)的材料为不锈钢、铜或铜合金。

6.如权利要求1所述的一种适用于屏蔽带电冷却水管的双层屏蔽层结构，其特征在于：内层屏蔽层(1)与外层屏蔽层(2)间陶瓷环(4)的主要材料为99％Al₂O₃。