CFETR偏濾器模塊及其遙操作兼容結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析.pdf

1、作為真空室里重要的內(nèi)部部件之一，偏濾器模塊在聚變反應(yīng)堆中具有重要的作用，它能夠排除聚變反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)、氦灰和熱量。但由于真空室內(nèi)高溫、高輻射的環(huán)境，偏濾器模塊等在真空室內(nèi)的內(nèi)部部件非常容易損壞，因此需要對它們進(jìn)行定期維護(hù)、更換。而維護(hù)、更換內(nèi)部部件不能由人直接進(jìn)入真空室操作，而是需要通過操作人員在安全區(qū)域操縱計算機(jī)和機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操作完成，簡稱遙操作。
　　偏濾器模塊的遙操作系統(tǒng)包括偏濾器模塊、搬運工具、焊接工具、切割工具、末端執(zhí)

2、行工具等，而對于偏濾器模塊安裝/拆卸過程的兼容結(jié)構(gòu)——支撐結(jié)構(gòu)和冷卻水管，它們對偏濾器模塊的遙操作的完成具有決定性的作用。本文主要對CFETR偏濾器模塊遙操作的支撐結(jié)構(gòu)和冷卻水管的焊接/切割進(jìn)行了研究，基于空間自由度的理論基礎(chǔ)和剛體穩(wěn)定性基礎(chǔ)，提出了四種設(shè)計方案，并且根據(jù)CFETR窗口的設(shè)置，將每個窗口分配3個偏濾器模塊進(jìn)行遙操作維護(hù):一個中間偏濾器模塊，兩個第二偏濾器模塊。但由于等離子體的不穩(wěn)定性，容易破裂產(chǎn)生Halo電流和Eddy電

3、流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力。這對新設(shè)計的支撐結(jié)構(gòu)提出了很高的要求:不僅要滿足遙操作的要求，即高效率、可靠性等，還要能夠滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，能夠在電磁環(huán)境下將偏濾器模塊固定在軌道上。在電磁分析時，由于等離子體在16ms時間內(nèi)破裂，所以提出了四種工況進(jìn)行了分析:一、只有Halo電流;二、只有Eddy電流;三、Halo電流引起的電磁力最大時和Eddy電流進(jìn)行耦合;四、Eddy電流引起的電磁力最大時和Halo電流進(jìn)行耦合。根據(jù)四種工況的分析結(jié)果，對支撐

4、結(jié)構(gòu)，特別是內(nèi)支撐進(jìn)行了優(yōu)化確保其滿足工作要求。
　　然后在虛擬環(huán)境中，根據(jù)不同設(shè)計方案遙操作過程的不同，在不同的窗口環(huán)境里，設(shè)計了偏濾器模塊進(jìn)出真空室窗口和安裝過程的流程圖。根據(jù)流程圖，對偏濾器模塊的遙操作安裝過程進(jìn)行了仿真，在仿真過程中，主要是驗證支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性，確保所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在虛擬環(huán)境中能夠工作，不影響偏濾器模塊的遙操作過程。
　　作為偏濾器模塊兼容結(jié)構(gòu)的另一方面，冷卻水管需要考慮的是如何和外界的冷卻水管進(jìn)行連