СПОСОБ СБОРКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ УСТАНОВКИ ТОКАМАК Российский патент 1999 года по МПК G21B1/00 H05H1/12 

Изобретение относится к технике управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при сборке экспериментальных установок типа токамак с разъемными катушками обмотки тороидального поля.

Известен способ сборки термоядерного устройства типа токамак, включающий установку внутренних частей разъемных катушек обмотки тороидального поля в вертикальном положении, намотку индуктора, установку вакуумной камеры и катушек управления, установку внешних частей катушек обмотки тороидального поля и механическое скрепление этих частей (1).

Недостатком указанного способа является необходимость производить намотку индуктора на месте монтажа, что ухудшает качество намотки, требует сложной оснастки и увеличивает время сборки.

Известна электромагнитная система (ЭМС) сферического токамака MAST, содержащая центральный соленоид (индуктор), надетый на стержни центрального опорного элемента и обмотки полоидального и тороидального магнитных полей, расположенные на тороидальной разрядной камере (2). В конструкциях ЭМС токамаков обмотки тороидального поля (ОТП) для обеспечения простоты сборки и разборки, замены узлов выполняются разборными.

Обмотку традиционно выполняют в виде дугообразных витков, устанавливаемых вокруг центрального опорного элемента, который в токамаках с разъемными тороидальными катушками состоит из токопроводящих стержней, электрические соединения с которыми дугообразных витков образуют тороидальные витки для создания тороидального магнитного поля. Способ сборки такой ЭМС заключается в размещении дугообразных витков ОТП вокруг центрального соленоида, через который пропускают стержни, электрически соединяющие дугообразные витки, и который опирают на опорные поверхности, закрепленные на дугообразных витках.

При проведении сборки ЭМС, из-за неточности изготовления узлов системы (соленоид, дугообразные витки, токопроводящие стержни) необходима специальная обработка опорных поверхностей витков ОТП для сопряжения их с торцевой поверхностью центрального соленоида. Например, при длине соленоида 1-3 м, что характерно для сферических токамаков, погрешность изготовления может составить 3- 10 мм. Ввиду этого при увеличенной длине соленоида по сравнению с проектной опорные поверхности необходимо стачивать, а при уменьшенной - наращивать или устанавливать набор прокладок, которые полностью должны устранить зазор. Кроме того, после включения установки из-за действия электромагнитных сил центральный соленоид сжимается, в результате чего длина его уменьшается. Для токамака MAST уменьшение длины может составлять величину около 6-10 мм (в зависимости от режимов работы). По этой причине центральный соленоид смещается в пределах этой величины вверх и вниз от горизонтальной оси установки, что неблагоприятно сказывается на выводах соленоида, вызывая в них дополнительные механические напряжения, снижающие ресурс работы установки.

Изобретение решает задачу как компенсации неточности изготовления узлов системы без дополнительной обработки опорных поверхностей в процессе сборки ЭМС, так и устранения смещений центрального соленоида в процессе работы установки.

Сущность изобретения состоит в способе сборки ЭМС установки токамак с разъемными витками ОТП, заключающемся в размещении витков дугообразной формы вокруг центрального соленоида, через который пропускают стержни, электрически соединяющие дугообразные витки, и который опирают на опорные поверхности, закрепленные на дугообразных витках, и установке с одной стороны от горизонтальной оси конструкции между опорными поверхностями дугообразных витков и торцевой поверхностью центрального соленоида упругих элементов, которые сжимают до предельно сжатого состояния и сопрягают с торцевой поверхностью центрального соленоида и опорной поверхностью дугообразных витков, после чего фиксируют положение поверхности сопряжения упругого элемента с опорной поверхностью, при этом величину деформации упругих элементов при сжатии выбирают больше величины продольной деформации центрального соленоида, возникающей под действием электромагнитных сил.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является сокращение времени, упрощение сборки ЭМС и повышение надежности работы установки.

Изобретение поясняется чертежами, на которых приведен один из возможных примеров устройства, позволяющего реализовать заявляемый способ сборки ЭМС токамака. На фиг. 1 приведено схематическое изображение конструкции ЭМС токамака; на фиг. 2 изображен в разрезе участок витка ОТП, где устанавливают упругий элемент.

Дугообразные витки 1 ОТП установлены вокруг центрального соленоида 2. Нижний торец соленоида непосредственно опирается на нижние опорные поверхности 3, закрепленные на дугообразных витках ОТП. Внутри соленоида расположены токопроводящие стержни 4, электрически замыкающие дугообразные витки. Между верхним торцом соленоида 2 и верхними опорными поверхностями 3 установлены штыри 5 круглого сечения. Каждый штырь на конце, прилегающем к торцу соленоида имеет кольцевой уступ 6. Между уступом и торцом соленоида установлена защитная изоляционная прокладка 7 для механической и электрической защиты центрального соленоида. На уступ штыря надет упругий элемент 8, выполненный в данном примере в виде пружины. На пружине установлена втулка 9. Втулка закреплена в опорной части дугообразных витков ОТП и имеет возможность перемещения вдоль штыря 5. На поверхности штыря между пружиной нанесено электроизоляционное покрытие 10 с заходом на поверхность уступа 6. Сверху над втулкой 9 на каждый штырь навернута гайка 11 (фиг. 2). Штыри 5, пружины 8, втулки 9, опорные поверхности 3 выполнены из немагнитного материала, например, из нержавеющей стали. Защитная прокладка 7 может быть выполнена из стеклотекстолита, а изоляционное покрытие 10 из слюдопластика. Как вариант, покрытие 10 может быть выполнено в виде формованной втулки. Величину деформации пружины обеспечивают больше величины продольной деформации центрального соленоида 2, возникающей под действием электромагнитных сил.

Способ сборки ЭМС установки токамак осуществляется следующим образом. Разъемные витки 1 дугообразной формы (фиг. 1) размещают вокруг центрального соленоида 2, который опирают на опорные поверхности 3, закрепленные на дугообразных витках. Через центральный соленоид 2 пропускают токопроводящие стержни 4, собранные заранее в единый узел, которые соединяют с концами дугообразных витков 1 ОТП. С одной стороны от горизонтальной оси установки (в приведенном на чертеже примере это верхняя сторона) между опорными поверхностями 3 дугообразных витков 1 и торцевой поверхностью центрального соленоида 2 устанавливают защитные прокладки 7 и сборки из штырей 5, упругих элементов (пружин) 8, втулок 9 и гаек 11 (фиг 2). При ограниченности пространства конструкции ЭМС сборки с упругими элементами можно устанавливать поочередно под каждый виток ОТП, за исключением, как минимум, одного витка, что будет достаточно для достижения необходимого технического результата. Затем, вращением гаек 11 сжимают до предельно сжатого состояния упругие элементы 8 (в случае пружин это делается до соприкосновения их витков), при этом снизу торцевая поверхность соленоида 2 сопрягается с опорными поверхностями 3 дугообразных витков непосредственно, а сверху - через конструкцию - изоляционная прокладка 7, уступ 6, штырь 5, пружина 8 и втулка 9. Далее вращают втулки 9 до достижения сопряжения уступа 6 с торцевой поверхностью соленоида через прокладку 7, что обеспечивает беззазорное сопряжение и фиксацию торцевой поверхности соленоида с опорной поверхностью дугообразных витков ОТП. После этого отворачивают гайки 11 и снимают их со штырей. При использовании этого способа сборки за счет упругих элементов компенсируется неточность изготовления центрального соленоида по длине, а при включении установки и уменьшении длины соленоида под действием электромагнитных сил упругие элементы разжимаются, сохраняя штатное закрепленное положение центрального соленоида 2, не позволяя ему бесконтрольно перемещаться, и обеспечивая неподвижное состояние положения выводных концов соленоида.

Источники информации
1. F.A. Puhn et al, Design of demountable joint for Doublet III toroidal field coil. - Sixth Symposium on engineering problems of Fusion research. Sheraton Ynn -Airport San Diego, Cal. November, 18 - 21, 1975 (IEEE Pub. N 75 CH 1097-5- NPS), p.p. 623 - 626.

2. A. C. Darke et al, MAST: A Mega Amp. Spherical Tokamak, - Fusion Technology 1994. Proceedings of the 18 Th. Symposium on Fusion Technology, Karlsruhe, Germany, 22 - 26 August 1994, North - Holland, 1995, vol. 1, p. 799 -802.

Изобретение относится к технике управляемого термоядерного синтеза, в частности к способам сборки экспериментальных установок типа токамак с разъемными катушками обмотки тороидального поля. Изобретение направлено на обеспечение компенсации неточности изготовления узлов электромагнитной системы в процессе сборки и устранение смещений центрального соленоида во время работы установки. В процессе сборки электромагнитной системы витки дугообразной формы размещают вокруг центрального соленоида, через который пропускают стержни, электрически соединяющие дугообразные витки. Центральный соленоид устанавливают на опорные поверхности, закрепленные на дугообразных витках. С одной стороны от горизонтальной оси этой конструкции между опорными поверхностями дугообразных витков и торцевой поверхностью центрального соленоида устанавливают упругие элементы. Элементы сжимают до предельно сжатого состояния и сопрягают с торцевой поверхностью центрального соленоида и опорной поверхностью дугообразных витков. Затем фиксируют положение поверхности сопряжения упругого элемента с опорной поверхностью, при этом величину деформации упругих элементов при сжатии выбирают большей, чем величина продольной деформации центрального соленоида, возникающей под действием электромагнитных сил. 2 ил.

Способ сборки электромагнитной системы установки токамак с разъемными витками обмотки тороидального поля, заключающийся в размещении витков дугообразной формы вокруг центрального соленоида, через который пропускают стержни, электрически соединяющие дугообразные витки, и который опирают на опорные поверхности, закрепленные на дугообразных витках, отличающийся тем, что с одной стороны от горизонтальной оси установки между опорными поверхностями дугообразных витков и торцевой поверхностью центрального соленоида устанавливают упругие элементы, которые сжимают до предельно-сжатого состояния и сопрягают с торцевой поверхностью центрального соленоида и опорной поверхностью дугообразных витков, после чего фиксируют положение поверхности сопряжения упругого элемента с опорной поверхностью, при этом величину деформации упругих элементов при сжатии выбирают больше величины продольной деформации центрального соленоида, возникающей под действием электромагнитных сил.