БЛОК ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО ПОЛЯ ТОКАМАКА Советский патент 1994 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к термоядерным реакторам синтеза, а более конкретно - к обмоткам тороидального магнитного поля (ОТП) установок типа токамак.

Известен блок ОТП токамака, содержащий токоведущие витки и сплошной силовой бандаж, охватывающий витки и воспринимающий действующие на них пондеромоторные силы, обусловленные взаимодействием токов и магнитных полей токамака.

Характерной особенностью блока ОТП является его клиновидная форма в плане, причем острие клина направлено к оси симметрии токамака. Вследствие клиновидности блока его поперечное сечение - величина переменная. Наименьшее поперечное сечение расположено в центральной зоне токамака (в его экваториальной плоскости) и подвержено действию наибольших пондеромоторных сил. Наименьшее поперечное сечение является критическим поперечным сечением блока и практически определяет его механическую прочность (несущую способность).

Недостатком известного устройства является то, что напряжения от рабочих пондеромоторных сил в критическом поперечном сечении бандажа распределены неравномерно и вследствие этого прочностные характеристики материала бандажа используются неполностью.

Кроме того, наличие в известном блоке сплошного бандажа, представляющего короткозамкнутый контур, существенно снижает эффективность системы питания обмоток токамака в импульсных режимах.

Этот недостаток устранен в блоке ОТП, имеющем токоведущие витки и охватывающий их разрезной силовой бандаж с замком, расположенным в зоне разреза бандажа.

Это устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.

Однако в известных устройствах не устранен тот недостаток, что несущая способность силового бандажа используется неполностью из-за неравномерного распределения напряжений от рабочих пондеромоторных сил в его критическом поперечном сечении.

Напряжения от рабочих пондеромоторных сил в критическом поперечном сечении бандажа распределены по закону трапеции: на участке критического поперечного сечения, примыкающем к токоведущему витку (внутреннем участке), напряжения растяжения максимальны, а на участке, примыкающем к оси симметрии токамака (наружном участке), минимальны.

Целью изобретения является повышение механической прочности (несущей способности) бандажа блока ОТП путем создания на внутреннем участке критического поперечного сечения бандажа предварительного напряжения сжатия.

Указанная цель достигается тем, что известный блок ОТП, имеющий токоведующие витки и охватывающий их разрезной силовой бандаж с замком в зоне разреза бандажа, снабжен натяжным устройством, расположенным на периферийной части бандажа в зоне разреза. Натяжное устройство может быть съемным.

На фиг.1 изображен блок ОТП, общий вид; на фиг.2 - натяжное устройство, выполненное в виде клина; на фиг.3 - разрез А-А фиг.1.

Блок ОТП содержит токоведущие витки 1, силовой разрезной бандаж 2 с критическим поперечным сечением 3, охватывающим витки 1, замок 4, расположенный на периферийной части бандажа 2 в зоне его разреза и жестко скрепленный с бандажом 2 штифтами 5. На периферийной части бандажа 2 размещено натяжное устройство, например винт 7. Натяжное устройство может быть выполнено в виде клина 7 (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

С помощью натяжного устройства, размещенного в замке 4 путем поджатия периферийной части бандажа 2, в его критическом поперечном сечении 3 создается постоянное напряженно-деформированное состояние, причем на участке критичного поперечного сечения, примыкающем к токоведущим виткам 1 (внутреннем участке), возникают напряжения сжатия, а на участке, примыкающем к оси симметрии токамака (наружном участке), - напряжения растяжения (фиг. 3а). В таком положении замок 4 жестко фиксируется с бандажом 2 штифтами 5.

Под действием рабочих пондеромоторных сил в критическом поперечном сечении 3 бандажа 2 возникают напряжения растяжения, распределенные по закону трапеции: на внутреннем участке критического поперечного сечения напряжения - максимальны, а на наружном участке - минимальны (фиг.3б).

В результате сложения предварительно созданных напряжений в критическом поперечном сечении бандажа с рабочими пондеромоторными пик растягивающих напряжений на внутреннем участке критического поперечного сечения бандажа уменьшается, напряжения по критическому сечению выравниваются (фиг.3в), и механическая прочность (несущая способность) бандажа возрастает.

Как показали расчеты, выполнение критического поперечного сечения бандажа предварительно напряженным повышает механическую прочность бандажа по сравнению с известным устройством примерно на 30%.

Устройство позволяет в полной мере использовать прочностные характеристики материала бандажа, что весьма важно для таких установок, как токамаки с сильными и сверхсильными магнитными полями, в которых отдельные элементы конструкции (в частности бандажи и витки блоков ОТП) работают за пределом текучести их материалов.

1. БЛОК ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО ПОЛЯ ТОКАМАКА, содержащий токоведущие витки и охватывающий их разрезной силовой бандаж с замком в зоне разреза бандажа, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности блока путем создания на внутреннем участке критического поперечного сечения бандажа предварительного напряжения сжатия, блок снабжен натяжным устройством, расположенным на периферийной части бандажа в зоне разреза. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что натяжное устройство выполнено съемным.